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日前，荷蘭光刻機(jī)巨頭ASML與半導(dǎo)體大廠(chǎng)imec宣布，雙方將在荷蘭費(fèi)爾德霍芬(Veldhoven)共同設(shè)立了一家高數(shù)值孔徑(NA)極紫外線(xiàn)(EUV)光刻實(shí)驗(yàn)室，這被視為使用先進(jìn)技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)芯片的關(guān)鍵一步。
業(yè)界可以在這里利用先進(jìn)的光刻機(jī)TWINSCAN EXE:5000進(jìn)行試驗(yàn)和優(yōu)化芯片制造，有助于推動(dòng)摩爾定律進(jìn)入埃米(0.1納米)時(shí)代。
該實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)多年的精心構(gòu)建與集成，其開(kāi)放也被視為高數(shù)值孔徑EUV光刻機(jī)大批量生產(chǎn)準(zhǔn)備的一個(gè)里程碑。業(yè)界預(yù)計(jì)，隨著該技術(shù)的不斷成熟和普及，將在2025-2026年期間迎來(lái)大規(guī)模的量產(chǎn)應(yīng)用。
該實(shí)驗(yàn)室不僅為芯片制造商和供應(yīng)商提供早期訪(fǎng)問(wèn)以進(jìn)行工藝開(kāi)發(fā)，還預(yù)示著隨著高NA EUV技術(shù)的廣泛引入和應(yīng)用，將加速整個(gè)行業(yè)的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)，為全球的邏輯和存儲(chǔ)芯片制造商以及先進(jìn)材料和設(shè)備供應(yīng)商提供技術(shù)支持。
雙方表示，芯片制造商將有機(jī)會(huì)獲取此技術(shù)，以探索高數(shù)值孔徑(NA)極紫外線(xiàn)(EUV)的潛在應(yīng)用，并在其生產(chǎn)晶圓廠(chǎng)中采用相關(guān)掃描儀，從而降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)計(jì)到2025-2026年間，其高NA EUV技術(shù)將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
imec與ASML攜手，致力于為領(lǐng)先的邏輯和存儲(chǔ)芯片制造商提供高NA EUV原型掃描儀及周邊配套工具，這包括但不限于涂層和開(kāi)發(fā)軌道、精密的計(jì)量工具、晶圓和掩膜處理系統(tǒng)。雙方還將為更廣泛的材料和設(shè)備供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)，以及imec的高NA模式計(jì)劃，提供寶貴的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，以便他們共同推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。
這一聯(lián)合運(yùn)營(yíng)的光刻實(shí)驗(yàn)室，配備了由imec提供的前沿的光刻設(shè)備，旨在降低制造商在將新技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)流程前的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的精心準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)已正式對(duì)外開(kāi)放，展出了ASML的0.55 NA EUV光刻機(jī)原型，該設(shè)備能夠打印出10納米的密集線(xiàn)路。
自2018年起，這臺(tái)數(shù)值孔徑為0.55的NA EUV掃描儀及其基礎(chǔ)設(shè)施的籌備工作便緊鑼密鼓地展開(kāi)。在這段時(shí)間里，ASML與蔡司攜手合作，成功研發(fā)出針對(duì)高NA EUV掃描儀的專(zhuān)項(xiàng)解決方案，這些方案涉及光源、光學(xué)系統(tǒng)、透鏡畸變校正、拼接技術(shù)、聚焦深度優(yōu)化、邊緣放置誤差最小化以及覆蓋精度的提升。
與此同時(shí)，imec也與其廣泛的供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)保持緊密合作，精心打造了一個(gè)完整的圖案生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋先進(jìn)的抗蝕劑和底層材料開(kāi)發(fā)、光罩設(shè)計(jì)、計(jì)量與檢測(cè)技術(shù)、(變形)成像策略、光學(xué)接近校正(OPC)以及集成圖案和蝕刻技術(shù)等關(guān)鍵領(lǐng)域。
經(jīng)過(guò)一系列周密的準(zhǔn)備，最近雙方最近的準(zhǔn)備工作取得了顯著成果，成功實(shí)現(xiàn)了首次曝光，利用0.55 NA EUV原型掃描儀在Veldhoven的金屬氧化物抗蝕劑(MORs)上首次打印出了10 nm密集線(xiàn)(20nm間距)，這一成果標(biāo)志著雙方在高精度光刻領(lǐng)域取得了重要突破。
imec總裁兼首席執(zhí)行官Luc Van den hove指出：“高NA EUV技術(shù)是光學(xué)光刻領(lǐng)域的一大飛躍，有望在單次曝光中實(shí)現(xiàn)20納米間距的金屬線(xiàn)/空間圖案化，為下一代DRAM芯片的生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。與當(dāng)前的多模式0.33 NA EUV系統(tǒng)相比，這一技術(shù)將顯著提升產(chǎn)量，縮短生產(chǎn)周期，并降低碳排放。”
此前，ASML已公開(kāi)展示了最新一代的High NA EUV光刻機(jī)。這款光刻機(jī)體積龐大，相當(dāng)于一臺(tái)雙層巴士，重量更是高達(dá)150噸。據(jù)透露其售價(jià)高達(dá)3.5億歐元(約合人民幣27億元)，整個(gè)設(shè)備需要被分裝在250個(gè)單獨(dú)的板條箱中進(jìn)行運(yùn)輸，之后再完成復(fù)雜的組裝。
不久前，ASML在imec的ITF World 2024會(huì)議上宣布，其首款High-NA EUV光刻機(jī)已創(chuàng)下新的晶圓制造速度記錄，超過(guò)了兩個(gè)月前創(chuàng)下的記錄。具體來(lái)看，新的High NA EUV光刻機(jī)晶圓生產(chǎn)速度達(dá)到了每小時(shí)400-500片晶圓，是當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)EUV每小時(shí)200片晶圓的2-2.5倍的速度，即提升了100%-150%，將進(jìn)一步提升產(chǎn)能，并降低成本。
這一設(shè)備依賴(lài)于激光驅(qū)動(dòng)的光源，可以將晶體管中最復(fù)雜特征的尺寸減小到亞納米級(jí)別，而無(wú)需改變創(chuàng)建圖案的光源的波長(zhǎng)。
光刻系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)精密的投影體系。它運(yùn)作時(shí)，光線(xiàn)會(huì)透過(guò)預(yù)設(shè)的圖案藍(lán)圖(“掩模”)進(jìn)行投射。值得注意的是，這份藍(lán)圖上的圖案尺寸是芯片上預(yù)期圖案的四倍。圖案在光線(xiàn)中被編碼后，系統(tǒng)的光學(xué)元件會(huì)進(jìn)行縮放并精確地將圖案聚焦至光敏硅片之上。一旦一層圖案打印完畢，系統(tǒng)會(huì)精細(xì)地移動(dòng)晶圓片，以便在其上再次復(fù)制相同的圖案。
此流程將不斷循環(huán)，直至整個(gè)晶圓片被圖案完全覆蓋，從而完成微芯片的一層制作。而要制造出完整的微芯片，這一流程需要重復(fù)多達(dá)一百次甚至更多，層層疊加，形成完整的圖案結(jié)構(gòu)。值得強(qiáng)調(diào)的是，所需打印的分辨率大小會(huì)根據(jù)不同的層而有所不同，因此，會(huì)根據(jù)實(shí)際需求選擇不同類(lèi)型的光刻系統(tǒng)——從用于最小分辨率的最新一代EUV系統(tǒng)，到用于最大分辨率的傳統(tǒng)DUV系統(tǒng)。
ASML最近剛退休不久的首席執(zhí)行官Peter Wennink早在2018年就預(yù)測(cè)，高NA極紫外光刻技術(shù)將在本十年中期大批量生產(chǎn)，隨后在半導(dǎo)體材料內(nèi)部出現(xiàn)“低NA”和“高NA”層的混合物。另外，ASML前總裁兼首席技術(shù)官M(fèi)artin van den Brink還提議，該公司可以開(kāi)發(fā)超數(shù)值孔徑(hyper NA)芯片制造工具，以進(jìn)一步擴(kuò)大其高數(shù)值孔徑機(jī)器的規(guī)模，并分享了潛在的路線(xiàn)圖。
除了ASML自己在進(jìn)行High NA EUV光刻機(jī)的測(cè)試之外，目前唯一安裝完成High NA EUV光刻機(jī)的英特爾，也在美國(guó)俄勒岡州的D1X工廠(chǎng)投入測(cè)試工作。預(yù)計(jì)將在Intel 18A節(jié)點(diǎn)制程上進(jìn)行技術(shù)的研發(fā)與訓(xùn)練工作，之后再將其投入到Intel 14A節(jié)點(diǎn)制程的大量生產(chǎn)當(dāng)中。另外，臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手英特爾和三星電子，都已在這一領(lǐng)域有所行動(dòng)。
2024年4月，英特爾宣布完成組裝世界首臺(tái)ASML High NA EUV光刻機(jī)，這款設(shè)備價(jià)值約3.8億美元，可用于制造更小制程的芯片。
目前ASML在光刻機(jī)設(shè)備領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，也是唯一能夠制造EUV光刻機(jī)的廠(chǎng)商，每年生產(chǎn)高數(shù)值孔徑(NA) EUV設(shè)備的能力約為5-6臺(tái)。在芯片制造商中，截至目前只有臺(tái)積電、三星、英特爾以及SK海力士擁有ASML的EUV光刻機(jī)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，ASML目前已經(jīng)接到了十幾臺(tái)High NA EUV光刻機(jī)訂單。此前有外媒曝出，ASML今年計(jì)劃生產(chǎn)5臺(tái)高NA EUV光刻設(shè)備，而這些設(shè)備將全部供應(yīng)給英特爾，而三星和SK海力士則必須等到2025年下半年才能獲得此類(lèi)設(shè)備。
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