Bottleneck do processo avançado, você acha que é só a litografia?

Na verdade, também há Photomask (máscara / matriz de máscara).
Se a litografia é uma impressora, então o Photomask é um molde de impressão / filme de máscara, e o wafer (fábrica de silício) é o papel que recebe a impressão.
O aumento na complexidade dos semicondutores causado pela IA, irá se refletir diretamente no Photomask, e até ser amplificado.
No passado, a indústria tinha um aumento de uso de wafer +10%, e demanda por máscara +10%.
Na era da IA, pode estar se tornando: wafer +10%, valor da máscara +20%~40%.
Pois o crescimento não é apenas na quantidade de máscaras, mas também em:
camadas de máscara
camadas EUV
complexidade de multi-patterning
máscara de embalagem avançada
máscara relacionada a RDL / interposer / HBM
complexidade de inspeção
dificuldade de reparo
tempo de escrita da máscara
O Photomask, na essência, deixou de ser apenas uma “placa de vidro”, e está cada vez mais parecido com uma “matriz-mãe” na indústria de semicondutores.
A área da máscara é muito maior que a do chip, mas a precisão exigida é ainda maior. Isso é semelhante às lentes EUV: desenhar um mapa de uma cidade inteira em uma área do tamanho de uma folha A4, com erro não superior a alguns nanômetros.
Se uma máscara de alta qualidade tiver defeitos, pode resultar na descarte de dezenas de milhares de wafers posteriormente.
Portanto, o núcleo da indústria é a capacidade de controle de defeitos. Atualmente, máscaras de alta tecnologia já entraram na fase de engenharia óptica em nível nanométrico. Máscaras EUV, máscaras lógicas de 3nm/2nm, máscaras relacionadas a HBM, máscaras de embalagem avançada, todas muito além da era tradicional de DUV.
Assim, a máscara de alta tecnologia é naturalmente uma indústria de baixa taxa de produção, expansão lenta e acumulação de processos complexos.
Enquanto a máscara DUV tradicional é transmissiva, com a luz passando diretamente; a máscara EUV possui uma estrutura de espelhos multicamadas, contendo Mo/Si multilayer, absorvedor, películo e blank de defeitos ultrabaixos. Defeitos na máscara podem ser copiados infinitamente, tornando defeitos de fase, erro de CD, erro de sobreposição e multilayer extremamente fatais. Portanto, a inspeção de máscaras começa a se aproximar da importância da própria litografia, com barreiras tecnológicas muito altas.
Além de fabricar chips, há também máscaras para Embalagem Avançada: a embalagem avançada é essencialmente uma indústria de litografia.
CoWoS, Fan-Out, RDL, Interposer, EMIB, Hybrid Bonding, todos dependem de Photomask. Pois a embalagem avançada não é mais apenas “soldar chips”, mas reconstruir dentro do pacote um sistema de interconexão micro de alta densidade, responsável por transmissão de dados, distribuição de energia, sincronização de clock e integridade de sinais de alta frequência.
A demanda impulsionada pela IA não é apenas pelo aumento na quantidade de embalagens, mas pela explosão na complexidade de cada pacote interno. No passado, 1~2 camadas de RDL, agora 5, 8, 10 ou mais. Cada camada adicional de RDL geralmente significa um novo processo de máscara correspondente. Assim, a demanda por máscaras começou a passar de “crescimento junto com a quantidade de wafers” para “crescimento junto com a complexidade do sistema”.
A embalagem avançada pode ser um dos subsegmentos de máscara que mais crescerá nos próximos anos. Pois o pacote de IA está se tornando cada vez mais uma “placa-mãe micro”. Muitas funções que antes eram do PCB e do sistema de placa estão migrando para dentro do pacote: interconexões HBM, SerDes de alta frequência, distribuição de energia, fabric de chiplet. Assim, a embalagem avançada está cada vez mais parecida com uma “fábrica de wafers de pós-processamento”.
Essa é a razão fundamental de por que CoWoS, EMIB, Foveros, SoIC, Hybrid Bonding estão se tornando ativos de maior valor e mais difíceis de expandir. Eles deixaram de ser apenas embalagem tradicional, passando a ser fabricação de interconexões de silício em nível de sistema.
E, à medida que as litografias ficam mais caras e escassas, cada exposição se torna mais cara. Assim, as fabs irão valorizar ainda mais:
máscaras de alta qualidade
inspeção
reparo
película de proteção
metrologia de sobreposição
Ao mesmo tempo, a escassez de EUV também impulsionará o multi-patterning. Uma camada de EUV originalmente poderia ser substituída por múltiplas exposições de DUV por imersão, SADP, SAQP, o que aumenta a quantidade de máscaras. Portanto, a escassez de EUV não necessariamente reprime a indústria de Photomask, muitas vezes aumenta a demanda por máscaras DUV de alta ponta. Especialmente em etapas que usam intensamente imersão DUV e litografia de embalagem, como HBM, CoWoS, Embalagem Avançada, RDL, substratos.
Essa é a razão pela qual a indústria de Photomask de alta tecnologia está cada vez mais parecida com o ecossistema de HBM, CoWoS e EUV. O que realmente limita a expansão da indústria não é mais apenas CapEx, mas:
redução de defeitos
aprendizado de rendimento
capacidade de inspeção
ajuste de processo
banco de dados de clientes
validação de longo prazo
acúmulo de processos
muitos aspectos já estão se tornando como uma “artesanato industrial”.
Sua capacidade de barganha em todo o ecossistema de semicondutores será cada vez maior. E o mercado provavelmente ainda não percebeu totalmente isso.
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