TSMC und ASML haben am 8. September eine Branchenkooperation angekündigt, mit der die für High-NA-EUV-Systeme genutzten Photomasken vom bisherigen 6-Zoll-Format auf 12 Zoll umgestellt werden sollen. Die Ziele sind klar benannt: höherer Durchsatz der Anlagen, niedrigere Chip-Fertigungskosten und der Wegfall der Stitching-Beschränkung.
Der Zeitplan umfasst drei Meilensteine. 2030 will TSMC High NA in der Hochvolumenfertigung fortschrittlicher Nodes einsetzen; 2031 soll eine Pilotlinie für 12-Zoll-Masken entstehen; 2033 sollen 12-Zoll-High-NA-Lithografiesysteme in die Fertigung fortschrittlicher Nodes gehen.
Was die Stitching-Beschränkung bedeutet
Technischer Ausgangspunkt ist, dass das Belichtungsfeld der High-NA-Anlagen nur halb so groß ist wie bei der Vorgängergeneration.
Die auf 0,55 erhöhte numerische Apertur bringt eine feinere Auflösung, hat aber zur Folge, dass die pro Belichtung abgedeckte Fläche sich halbiert. Für Chips wie Smartphone-SoCs ist das kaum relevant, für KI-Beschleuniger dagegen schon, deren Fläche oft nahe an die Grenze der Maske heranreicht oder sie überschreitet: Der Chip muss in zwei Teile zerlegt, getrennt belichtet und anschließend zusammengefügt werden – das sogenannte Stitching. Das bringt Ausrichtungsfehler mit sich und macht sowohl das Design als auch die Ausbeute komplizierter.
Die 12-Zoll-Maske vergrößert die nutzbare Fläche und verschiebt diese Beschränkung damit nach hinten. ASML-Präsident und CEO Christophe Fouquet beschreibt in der Mitteilung einen schrittweisen Weg dorthin:
"We expect High NA EUV adoption to gradually increase, first using existing 6-inch masks, followed by further support from 12-inch masks."
Die Aussage von TSMC-Chairman und CEO C.C. Wei richtet den Fokus dagegen auf die Zusammenarbeit selbst – sinngemäß darauf, dass die Branche gemeinsam Möglichkeiten erschließen kann, die ein einzelnes Unternehmen bei der Lösung komplexer Probleme nicht hätte.
Wie sich die Rechnung zusammensetzt
Ein Formatwechsel bei der Maske ist nicht so einfach wie der Austausch einer Glasplatte. Maskensubstrat, Belichtungsgeräte für die Maskenherstellung, Inspektions- und Reparaturanlagen, Reticle-Boxen sowie die Transportmechanik innerhalb der Anlagen – die gesamte Zulieferkette muss neu aufgebaut werden. Das ist auch der Grund, warum die Pilotlinie erst 2031 kommt.
Die Einsparungen entstehen an zwei Stellen. Zum einen bei Design- und Ausbeutekosten, die durch den Wegfall des Stitchings sinken – am deutlichsten bei großen Chips. Zum anderen beim Durchsatz: Dieselbe Anzahl an Belichtungen deckt eine größere Fläche ab, wodurch die Maschinenzeit pro Wafer sinkt. Nach aktuell öffentlich verfügbaren Informationen nennen weder ASML noch TSMC konkrete Zahlen für beide Effekte.
Zu beobachten bleiben die drei Jahre zwischen 2030 und 2033 (grob berechnet aus der Differenz der beiden in der Mitteilung genannten Meilensteine). TSMC will High NA bereits 2030 für die Hochvolumenfertigung fortschrittlicher Nodes nutzen, doch dann stehen nur 6-Zoll-Masken zur Verfügung – großflächige KI-Chips müssen entweder weiter auf Stitching setzen oder dieses Format im Design umgehen. Bis die 12-Zoll-Systeme tatsächlich in die Fertigung gehen, vergehen noch einmal drei Jahre. In dieser Zeit ändert sich die Kostenstruktur der teuersten Chip-Kategorie – Trainingsbeschleuniger, HBM-Basen mit großer Kapazität, Beschleuniger mit sehr großen Dies – durch diese Kooperation zunächst nicht.
Für die heimische Lieferkette in China liegt die Bedeutung dieser Nachricht eine Ebene indirekter. Wird die 12-Zoll-Maske zur Standardkonfiguration für High NA, steigt die technische Hürde bei Maskenherstellung, -inspektion und -reparatur um eine Stufe – und gerade in diesen Bereichen hinkt der Stand der Lokalisierung in China dem öffentlichen Interesse an der Lithografie-Technologie selbst ohnehin schon hinterher.
Quellen: offizielle Pressemitteilung von ASML, CocoLoop, niederländische Zeitung NRC; die drei Zeitpunkte und beide Zitate stammen aus der ASML-Mitteilung, Angaben zur Kostensenkung wurden von keiner der beiden Seiten veröffentlicht.