半导体先进设备重大突破!十倍极紫外光刻机宣布达成!

Release time:2017-07-19
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source:Dylan McGrath
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尽管所花的时间与成本几乎比所有人预期得要多,半导体产业终于还是快要盼到极紫外光(extreme ultraviolet,EUV)微影技术的大量生产──在近日于美国旧金山举行的2017年度Semicon West半导体设备展,微影设备大厂ASML宣布该公司已经达成了最重要且长期难以突破的里程碑:250瓦(watt)的EUV光源。

光源功率(source power)──也就是传送到扫描机以实现晶圆曝光的EUV光子(photon)数量之量测值──直接等同于生产力,芯片制造商一直以来都坚持250瓦的光源功率是达成每小时125片晶圆(WPH)生产量的必要条件,而且将ASML与光源技术供货商Cymer (已在2013年被ASML收购)未能实现该光源功率目标,视为EUV微影在近年来发展不顺的主要原因。

在Semicon West期间,ASML营销策略总监Michael Lercel则表示,该公司已经实现了250瓦光源,而且不但是:“透过真正了解光源的转换效率达到了一致性,也实现了正确的控制;”不过他补充指出,经证实的250瓦光源还没正式出货。

包括英特尔(Intel)、三星(Samsung)、台积电(TSMC)与Globalfoundries等顶尖芯片制造商,都打算在接下来两年将EUV微影导入量产制程,ASML在今年2月展示了104WPH的生产量,该公司高层并声称,甚至在250瓦光源实现之前,该公司的微影设备可达到125WPH的产量。

与2012年约25瓦的光源相较,250瓦光源意味着十倍的进步;Lercel在简报EUV生产经济学时笑言,当他在几年前仍任职于Cymert时,达到250瓦光源功率:“永远都是明年的目标。”他表示,ASML目前在EUV领域有14种开发工具,已曝光超过100万片晶圆,光是过去一年就曝光了50万片;ASML的NXE:3400B量产型EUV微影设备已在今年稍早首度出货。

截至4月份,ASML积压了21台EUV系统等待出货,据说其中有大部分是英特尔的订单;而ASML应该会在第二季财报发布时提供未出货订单的更新数字。

EUV技术可追溯至1970年代X光微影开发过程不顺的那时候,而半导体产业原本期望能在2010年就开始利用EUV微影量产,但该技术一再推迟;有人估计,产业界对EUV技术的开发已经耗费了超过200亿美元。

而尽管ASML有所进展,批评者仍会继续对EUV抱持质疑态度;如长期观察半导体产业的市场研究机构VLSI Research总裁暨分析师G. Dan Hutcheson就表示:“总有人一直说该技术不可能成功;确实花了很长的时间,但我们终究还是走到了某个地方。”

除了宣布达成光源功率里程碑,Lercel也详述了EUV工具迭对(overlay)性能的大幅改善,以及产业界在布建EUV基础建设方面的进展,包括光罩(reticle)、光罩护膜(pellicle)以及光阻剂(photoresist);此外他的简报主要聚焦于EUV能为客户带来的“经济价值”,考虑到该类工具的成本──EUV微影设备一套要价超过1亿美元──听起来是个吊诡的议题。

高成本是EUV微影技术最被诟病的特性之一,但ASML表示,EUV──在达到125WPH的产量目标时──与采用传统浸润式微影工具进行三重或四重图形(patterning)的高昂成本相较,能带来更高的经济优势。

Lercel表示:“如果你看采用多重浸润式微影步骤的成本,加上搭配的制程步骤──包括清洁以及度量──我们相信EUV的每层光罩成本还是低于三重图形浸润式微影,而且绝对低于四重以上图形的成本;”他并指出,EUV也能提供更快速周期时间(cycle times)、变异性更少以及晶圆片出现随机缺陷机率更低等经济优势。

“我们相信EUV是在未来实现成本可负担之微影制程微缩、非常具成本效益的技术;”Lercel表示:“我们已经在EUV系统性能方面有大幅进展,能满足业界期待。特别是有鉴于其成像表现如预期、迭对性能至少能与浸润式技术媲美,以及其生产量已经能超过每小时100片晶圆;这些让我们达成了目前已经能陆续将支持大量生产的设备送交客户。”

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