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ASML正研发新一代EUV光刻机,芯片工艺将升级至1纳米

(2019-07-05 09:57:01)
标签:

asml

euv光刻机

电子元器件采购网

分类: 电子元器件

本文由电子元器件采购网分享,韩媒报道称ASML公司正积极投资研发下一代EUV光刻机,与现有的光刻机相比,二代EUV光刻机最大的变化就是High NA(高数值孔径)透镜,通过提升透镜规格使得新一代光刻机的微缩分辨率、套准精度两大光刻机核心指标提升70%,达到业界对几何式芯片微缩的要求。

ASML正研发新一代EUV光刻机,芯片工艺将升级至1纳米

2016年,ASML公司宣布斥资20亿美元收购德国蔡司公司25%的股份,并投资数亿美元合作研发新一代透镜,而ASML这么大手笔投资光学镜头公司就是为了研发新一代EUV光刻机。这标志着,半导体制造工艺又或要升级一个新台阶,CPU芯片、手机芯片等不久后又要升级换代了?

在这个问题上,ASML去年10月份就宣布与IMEC比利时微电子中心合作研发新一代EUV光刻机,目标是将NA从0.33提升到0.5以上,而从光刻机的分辨率公式——光刻机分辨率=k1*λ/NA中可以看出,NA数字越大,光刻机分辨率越高,所以提高NA数值孔径是下一代EUV光刻机的关键,毕竟现在EUV极紫外光已经提升过一次了。

之前ASML公布的新一代EUV光刻机的量产时间是2024年,不过最新报道称下一代EUV光刻机是2025年量产,这个时间上台积电、三星都已经量产3nm工艺了,甚至开始进军2nm、1nm节点了。

在光刻机这个领域,荷兰的ASML公司是毫无疑问的王者。目前最先进的光刻机就是来自这家ASML公司生产的EUV光刻机,每台售价超过1亿美元,而且供不应求。

ASML主要业务是光刻机,在光刻机领域处于绝对领先的地位。在45纳米以下制程的高端光刻机市场中,占据80%以上的市场份额,而在EUV光刻机领域,目前处于绝对垄断地位,市占率为100%,处于独家供货的状态。阿斯麦的主要客户为全球一线的晶圆厂,除了英特尔、三星和台积电这三大巨头之外,国内的中芯国际也是阿斯麦的客户。

科普一下,阿斯麦的光刻机按照使用的光源不同,可以分为DUV光刻机和EUV光刻机。DUV是Deep Ultra Violet,即深紫外光;EUV是Extreme Ultra Violet,即极紫外光。DUV光刻机的极限工艺节点是28nm,要想开发更先进的制程,就只能使用EUV光刻机了。

据悉,与现有的光刻机相比,第二代EUV光刻机最大的变化就是High NA(高数值孔径)透镜,而通过提升透镜规格使得新一代光刻机的微缩分辨率、套准精度两大光刻机核心指标提升70%,达到业界对几何式芯片微缩的要求。

ASML正研发新一代EUV光刻机,芯片工艺将升级至1纳米

而据之前ASML公司公布消息显示,ASML新一代EUV光刻机的量产时间是2024年,尽管最新的报道称下一代EUV光刻机2025年量产,但相比现在的EUV光刻机仅能量产7nm产品的情况下,已经是划时代的进步了。消息显示,在第二代EUV光刻机真正出现时,台积电、三星已经量产3nm工艺,甚至开始进军2nm、1nm产品阶段了。

目前,全球最先进的光刻机就是荷兰ASML公司生产的EUV光刻机,每台售价超过1亿美元,而且供不应求。据悉,2016年,ASML公司斥资20亿美元收购德国蔡司公司25%的股份,并投资数亿美元合作研发新一代透镜,而ASM公司L这么大手笔投资光学镜头公司就是为了研发新一代EUV光刻机。

2018年10月,ASML公司又与IMEC比利时微电子中心合作研发新一代EUV光刻机,目标是将NA从0.33提升到0.5以上,而从光刻机的分辨率公式——光刻机分辨率=k1*λ/NA中可以看出,NA数字越大,光刻机分辨率越高,所以提高NA数值孔径是下一代EUV光刻机的关键。

我们知道,在半导体制造过程中,最复杂也是最难的步骤就是光刻,成本能占到整个生产过程的1/3,因此,光刻机成为最重要的半导体制造装备。2019年,台积电、三星开始量产7nm EUV工艺产品。而到2020年,5nm开始量产,EUV光刻机或许又面临一次升级。

除此之外,中国内地最大的芯片代工企业中芯国际在2018年就成功预定了一台ASML的7nm EUV(极紫外)光刻机。当时,ASML负责人在公司财报会上透露称,2019年要出货30台EUV设备,这对于正在积极发展芯片产业的中国市场来说是个很好的消息。但截至目前,并没有那么多数量的EUV光刻机卖给中国公司。

根据南韩媒体《ETNews》报导,High-NA的EUV设备与目前EUV设备的最大不同点,在于使用EUV 曝光时,透过提升透镜解析度,使解析度(resolution)和微影叠对(overlay)能力比现行EUV系统提升70%,达到业界对几何式芯片微缩(geometric chip scaling)的要求。ASML利用德国蔡司半导体业务部门的技术提升透镜解析度,就为了此目的,ASML 2016年正式收购德国蔡司半导体业务部门24.9%股权。

ASML正研发新一代EUV光刻机,芯片工艺将升级至1纳米

针对下一代High-NA的EUV 产品,ASML之前也已从3个主要客户取得4 台订单,并售出8台High-NA EUV产品的优先购买权。这些订单中,晶圆代工龙头台积电也是其中之一。2018年时,台积电就宣布增加3亿美元资本支出,为下一代EUV设备的预付款,也就是已预购新一代High-NA的EUV设备。针对新一代High-NA EUV设备,ASML预计2025年正式量产。

在去年年底,ASML的副总裁Anthony Yen表示,他们已经开始研发下一代光刻机3400C。他表示,在他们公司看来,一旦现有的系统到达了极限,他们有必要去继续推动新一代产品的发展,进而推动芯片的微缩。

据介绍,较之他们的客户三星、Intel和台积电都正在使用的3400系列,ASML 5000将会有更多的创新。Yen在本周于旧金山举行的IEEE国际电子设备会议上告诉工程师,其中最引人注目的是机器数值孔径(numerical aperture)从现在的0.33增加到0.55 。数值孔径是无量纲(dimensionless quantity)的数量,与光的聚焦程度有关。数值孔径越大意味着分辨率越高。改变EUV机器中的数值孔径将需要更大,更完美抛光的成像镜组。

EUV光是通过使用来自高功率二氧化碳激光器的双脉冲瞄准微小锡滴而产生的。第一个脉冲将锡滴重新塑造成模煳的薄饼形状,这样第二个脉冲就会更加强大并且跟随它仅仅3微秒,它可以将锡爆炸成等离子体,并以13.5纳米的光照射。然后将光聚集,聚焦并从图案化的掩模上弹开,使得图案将投射到硅晶圆上。

通过提升功率,ASML已经将每小时可以处理的晶圆数量提升了。功率越大意味着晶圆可以更快地曝光。在195瓦特的时候,他们每小时可以处理125片晶圆; 功率在2018年年初达到246 W之后,这个数字则来到了140片晶圆。该公司全年都在对客户机器进行改造,以期达到更高的标准。

下一代机器将需要更多的EUV瓦数。在实验室中,ASML已破解410 W,但尚未达到芯片生产所需的,足够好的占空比(duty cycle)。更强大的激光器将有所帮助,但这可能会增加锡液滴的速度。在今天的机器中,锡滴每秒被射出50,000次,但Yen表明,新产品的液滴发生器的运行速度或将达到80,000赫兹。

与此同时,该公司正在改进其3400系列的功能。新版本3400C将于2019年下半年发布,效率提升到每小时处理超过170片晶圆。但在EUV发展过程中,最大的一个痛点就在于极其昂贵的MASK,这些MASK可以“保持”铸造在硅片上的图案。这种被称为薄膜的覆盖物,用于保护掩模免受杂散粒子的影响,吸收太多光线。ASML表示,现有的薄膜可以传输83%的光。这就将产能吞吐量降低到每小时116个晶圆。Yen说,他们的目标是将传输率提高到90%。ASML也正在努力保持机器内部比现在更清洁,这样客户可以随意使用没有薄膜的MASK。

以上就是ASML正研发新一代EUV光刻机,芯片工艺将升级至1纳米,希望对各位有帮助。

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