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レチクルサイズとは 露光装置が1回で写せる範囲、1個のチップの大きさの上限を決める

レチクルサイズは、露光装置が1回で写せる範囲の大きさで、チップの面積の上限になります。ASMLの次の世代のHigh-NA EUV装置では、この範囲の片方の辺が33ミリから16.5ミリと半分になります。

ポイント
  • レチクルは、露光装置に載せる回路の原版です。装置は原版の模様を4分の1に縮めてウエハーに写します。
  • 今のEUVなどの装置が1回で写せる範囲は26×33ミリ、約858平方ミリです(計算)。
  • High-NA EUVは、片方の向きだけ8分の1に縮める光学系のため、範囲が26×16.5ミリになります。
  • TSMCは、範囲の5.5倍の大きさのパッケージ(CoWoS)を作っており、2028年に14倍を量産する計画です。

半導体の回路は、レチクル(フォトマスク)と呼ぶ原版の模様を、光でウエハーに縮めて写して作ります。露光装置が1回の露光で写せる範囲には上限があり、その大きさをレチクルサイズ、またはレチクルの限界と呼びます。1枚のチップをこれより大きく作ることは、普通の方法ではできません。AI向けのGPUの大きさを考えるとき、まず効いてくる数字です。

26×33ミリの枠

原版の大きさは6インチ角です。ASMLの説明では、EUVの装置は原版の模様を4分の1に縮めて写します。こうして1回に写せる範囲は、ウエハーの上で横26ミリ、縦33ミリです。面積は約858平方ミリです(計算)。チップとチップの間には切り分けるための余白が要るため、1個のチップに使える面積はこれより少し小さくなります。

エヌビディアのGPU「GH100」のダイは814平方ミリで、この上限のすぐ近くにあります。次のBlackwellは、上限の大きさのダイを2枚並べ、つないで1つのGPUにしました。

High-NAで枠が半分に

ASMLとドイツのカール・ツァイスが2017年6月15日に米国の会議で示した資料によると、次の世代のHigh-NA EUV(開口数0.55)は、縦と横で縮める割合が違う「アナモルフィック」という光学系を使います。横は今と同じ4分の1、縦は8分の1に縮めます。光が原版に当たる角度を抑えるためです。

原版の大きさが同じなら、縦を8分の1に縮める分、写せる範囲は縦が半分になり、26×16.5ミリの「ハーフフィールド」になります。面積は約429平方ミリです(計算)。会社は、ハーフフィールドでは1枚のウエハーに写す回数が2倍になるため、台をより速く動かして生産性を保つ設計にしたと説明しています。今の装置の解像度は13ナノメートル、High-NAは8ナノメートルです。

露光装置が1回で写せる範囲
装置縮める割合(横/縦)範囲面積
今のEUV(NA0.33)4分の1/4分の126×33ミリ約858平方ミリ(計算)
High-NA EUV(NA0.55)4分の1/8分の126×16.5ミリ約429平方ミリ(計算)

このため、High-NAで今の上限に近い大きなチップを作るには、2回に分けて写してつなぐか、チップを2つに分ける必要があります。

枠を超えるパッケージ

1枚のチップの大きさに上限があるため、複数のチップを1つのパッケージに並べて、大きな製品を作る方法が広がっています。TSMCは、GPUとHBMを並べて載せる「CoWoS」の大きさを、露光の範囲の何倍かで表しています。2026年4月23日の技術説明会では、範囲の5.5倍のCoWoSを今作っており、2028年に14倍の量産を始める計画を示しました。14倍では、大きな計算のチップを約10個、HBMを20個まとめられるとしています。2029年には、ウエハー全体を使う「SoW-X」で40倍の大きさを計画しています。

TSMCのパッケージの大きさの計画(露光の範囲の何倍か)
技術大きさ時期
CoWoS5.5倍生産中
CoWoS14倍2028年に量産
SoW-X40倍2029年

関連する用語

  • ダイサイズ:1個のチップの面積。レチクルサイズが上限になる。
  • EUV露光:波長13.5ナノメートルの光で回路を写す技術。
  • CoWoS:TSMCの先端のパッケージ。複数のチップとHBMを1つにまとめる。

TSMCは、2nmの次の世代のA14を2028年、A13を2029年に量産する計画です。

この記事は公開資料をもとに作成しています。売買をすすめるものではありません。誤りを見つけたら訂正します(編集方針)。

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