In alten Fabriken: TSMC will EUV-Pellicles selbst produzieren

Die Vermeidung von Fehlern um eine höchstmögliche Ausbeute in der Chip-Fertigung zu erzielen, hat TSMC auf dem Schirm: mit Pellicles. TSMC ist bei dem Thema aber bereits ziemlich gut dabei, anders soll es bei Samsung und auch Intel aussehen. Primär arbeiten sie ohne Pellicles.

Pellicle steht im einfachsten Sinne für eine Schutzschicht. Es ist eine durchsichtige hauchdünne Membran, die über die in der Chip-Produktion benötigten Masken gelegt wird. Diese Schicht muss aber einiges aushalten, immer stärker werdende EUV-Laser mit nun bis zu 400 Watt und 1.000 Grad Celsius verdampfen diese sprichwörtlich in ein paar Tagen. ASML hatte das früh in der Entwicklung der EUV-Systeme erkannt, und bietet entsprechend auch eine Lösung an. Doch in Serie ging diese bisher nicht.

Das Risiko einzugehen, diese Pellicles in Zukunft nicht zu nutzen, ist hoch: schon ein kleinster Staubkorn kann die Ausbeute in der Fertigung in den Keller rauschen lassen, da die Chips nach der Belichtung dann mitunter komplett unbrauchbar sind. Ständige Inspektionen sind so an der Tagesordnung, das kostet Zeit, Reparaturen sind mitunter dennoch unmöglich. Frederick Chen hat neben einem Substack-Posting dazu ein kleines Video auf YouTube veröffentlicht.

Bei DUV an der Tagesordnung, bei EUV (noch) nicht

In der klassischen DUV-Fertigung sind Pellicles an der Tagesordnung, auch nutzen sie da fast alle, weil sie relativ günstig sind. The Elec berichtete kürzlich, Samsung kauft diese für rund 1 Million Won pro Stück ein, also nur rund 600 Euro. Der Preis für ein EUV-Pellicle liegt gemäß den neuen Verhandlungen knapp beim 50-fachen, also rund 30.000 Euro. Dies hat Samsung unter anderem bisher wohl davon abgehalten, Pellicles bei EUV zu nutzen. Dies könnte nun ein Grund sein, warum die Ausbeute bei EUV-Prozessen bei Samsung stets eher im niedrigeren Bereich liegt, während TSMC mit zumindest teilweisem Einsatz hier und da höhere Zahlen vermeldet.

Von TSMC wurden zu Beginn dieses Jahres Zahlen bekannt, die von Preisen über 10.000 US-Dollar sprechen, die EUV-Pellicles müssen demnach aber bereits alle 3 bis 4 Tage ausgetauscht werden, was den praktischen Einsatz überall erschwerte oder gar unmöglich gemacht hat. Deshalb hat TSMC versucht, den Einsatz so weit es geht zu minimieren und gar darauf zu verzichten, kommt nun anscheinend aber zu dem Schluss, dass es ohne diese in Zukunft nicht gehen wird, wenn eine hohe Ausbeute anvisiert wird.

Gleichzeitig gibt es aber neue Herausforderungen, denn die Laser wurden und werden immer stärker, die Schutzschicht geht noch früher kaputt. Neue Materialien wie eine carbon nanotube (CNT) membrane sollen helfen, gleichzeitig muss das Pellicle möglichst dünn bleiben, da es sonst Licht von der Lichtquelle selbst absorbiert, bevor es auf der Maske ankommt – dies soll natürlich nicht passieren.

TSMC will Pellicles selbst in Serie produzieren

DigiTimes berichtet nun, dass TSMC die älteren Fabs, deren Schließung kürzlich verkündet wurde, für die EUV-Pellicle-Herstellung nutzen würde. Der Hersteller hat mittlerweile so viele EUV-Systeme in den vielen Fabriken und Produktionslinien im Einsatz, dass diese Pellicles ständig gewechselt werden müssen.

Gleichzeitig schafft sich TSMC so etwas Luft und sorgt für entsprechend zusätzliche Kapazität und eine Diversifizierung der Lieferkette – bisher kommen die Pellicles wohl primär aus ASMLs Lieferkette, die Produktion in Großserie war bisher aber wohl vergleichsweise schwierig.

TSMCs Fab 3 könnte nun der Vorreiter dafür werden. Zudem kann das Pellicle aus eigener Herstellung noch genauer auf die TSMC-Produktionsmethoden angepasst und so verbessert werden. Beim N2-Prozess sollen diese dann bereits genutzt werden, spätestens dann mit A16 großflächig, hieß es bereits im Januar dieses Jahres.