數(shù)十年的光刻技術(shù)，High-NA EUV或成為終點？

Hyper-NA EUV會來嗎？

ASML 首席技術(shù)官 Martin van den Brink 認(rèn)為，經(jīng)過數(shù)十年的光刻技術(shù)創(chuàng)新，High-NA EUV 可能會成為終點。

ASML在2021年兩次提高了生產(chǎn)目標(biāo)：希望到 2025 年出貨約 600 臺 DUV 和 90 臺 EUV ，而2021年出貨量分別為不到 200 臺和 35 臺。由于持續(xù)的芯片短缺，交付問題每天都在發(fā)生。今年年初柏林工廠發(fā)生火災(zāi)這樣的挫折，這使 EUV 晶圓夾具的生產(chǎn)暫時癱瘓。

盡管EUV的生產(chǎn)力還沒有達(dá)到客戶的預(yù)期，但幾年來，EUV 已經(jīng)成為世界上最先進(jìn)芯片的生產(chǎn)過程中不可或缺的一部分。最新一代的 EUV 設(shè)備High-NA系統(tǒng)的開發(fā)也進(jìn)展順利。根據(jù) ASML 的路線圖，世界上第一臺High-NA EUV的交付日期是2023年，盡管供應(yīng)鏈問題仍可能會打亂時間，Van den Brink 認(rèn)為這個目標(biāo)將會實現(xiàn)。

?關(guān)于High-NA EUV

2018 年 4 月左右，一切就緒。EUV 在大批量制造中正蓄勢待發(fā)，不久之后，第一批High-NA 系統(tǒng)的訂單就來了。從那時起，另一個過渡期的準(zhǔn)備工作總體上相當(dāng)順利。Van denBrink透露，這比以前的任何光刻轉(zhuǎn)換都“容易得多”。

“為什么？首先，我們現(xiàn)在對 EUV 光刻的作用有了很好的了解。今天，我們?nèi)匀辉诙滩ㄏ到y(tǒng)的穩(wěn)定性方面存在問題，并且生產(chǎn)力沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。但我們需要理解主要物理問題?！痹谌魏喂饪剔D(zhuǎn)換中，ASML 都需要依賴外部的創(chuàng)新。“抗蝕劑發(fā)生變化，掩模發(fā)生變化，會出現(xiàn)新類型的缺陷。這些東西都會影響基礎(chǔ)設(shè)施。對于High-NA，基礎(chǔ)設(shè)施的變化相對來說微不足道。因此所涉及的風(fēng)險要低得多。”

Van den Brink 表示，到目前為止，開發(fā)High-NA技術(shù)的最大挑戰(zhàn)是為 EUV 光學(xué)器件構(gòu)建計量工具。High-NA反射鏡的尺寸是其前身的兩倍，需要在 20 皮米內(nèi)平整。這需要在一個“可以容納半個公司”的真空容器中進(jìn)行驗證，該容器位于蔡司。

“構(gòu)建這個工具的問題是你不能確定它是否足夠準(zhǔn)確。你可以做各種各樣的測試來提供一些保證，但你永遠(yuǎn)不能完全確定。這就是我們現(xiàn)在所處的階段。我們認(rèn)為它有效，但要等到明年我們拿到第一支鏡頭，才會知道實物如何?！比绻R頭不符合規(guī)格，將采取緊急程序。“我們有備用計劃。如果它不起作用，我們有足夠的能力來修復(fù)它。我們可以在一定范圍內(nèi)重新拋光表面并在必要時更換單個鏡子。”?一個 EUV 鏡頭由幾個反射鏡組成——確切的數(shù)量是商業(yè)機(jī)密。

最后，不要低估一個比典型公交巴士更大的系統(tǒng)的復(fù)雜性?！癊UV是一個怪物。過去，一臺光刻機(jī)需要幾百千瓦。對于 EUV，它是 1.5 兆瓦，主要是因為光源。我們?yōu)镠igh-NA使用相同的光源，但模組需要額外的 0.5 兆瓦。我們使用水冷銅線為其供電，這推動了很多工程?！?/p>

盡管供應(yīng)鏈問題使日程表變得模糊不清，Van den Brink 認(rèn)為出貨沒有什么阻礙?！皶r機(jī)有點問題。High-NA機(jī)器包含我們在生產(chǎn)系統(tǒng)中使用的相當(dāng)多的組件，解決當(dāng)下的問題更為重要。就時間而言，這仍然是一個危機(jī)項目，但我相信到明年年底我們會取得不錯的成果。”

?下一代光刻技術(shù)是Hyper-NA嗎

ASML 和 IMEC已經(jīng)在那里建立了一個聯(lián)合High-NA研究實驗室。2024 年，計劃是讓客戶擁有自己的機(jī)器用于研發(fā)目的。次年，將交付第一批大批量制造工具。這將在很大程度上免除 ASML 的客戶因 EUV 開發(fā)延遲而造成的困難時期。Van den Brink在 2017 年表示“客戶們越來越絕望”，必須用兩個或多個193 nm圖案化的芯片層的數(shù)量（浸入式）曝光步驟變得如此之高，以至于半導(dǎo)體制造商們不顧EUV掃描儀當(dāng)時差強(qiáng)人意的生產(chǎn)力，繼續(xù)采用EUV。

ASML 目前的首要任務(wù)是繼續(xù)降低 EUV 和High-NA圖案化的成本。Van den Brink 認(rèn)為，這還需要十年的努力。“只要性能還沒有達(dá)到 193 nm光刻的水平，就有很大的改進(jìn)空間。我們?nèi)匀豢梢栽趥鬏斨蝎@得很多收益，可能是兩倍。而且我們還沒有從光學(xué)中擠出每一納米的分辨率。使用 193 nm掃描儀，由于照明系統(tǒng)的操作，我們處于極限。EUV 還沒有同樣的復(fù)雜程度?！盇SML 還將繼續(xù)專注于整體光刻技術(shù)。這套計量和計算技術(shù)使芯片制造商能夠?qū)ζ渲圃爝^程保持嚴(yán)格的控制。這降低了缺陷率，就像提高生產(chǎn)力一樣，降低了成本。

半導(dǎo)體界迫切想知道的是，High-NA是否會獲得繼任者。ASML 的技術(shù)副總裁 Jos Benschop 已在去年的 SPIE 高級光刻會議上透露，可能的替代方案，即降低波長的新步驟，不是一種選擇。這與角度有關(guān)：EUV 反射鏡反射光的效率很大程度上取決于入射角。波長的降低會改變角度范圍，使得透鏡必須變得太大而無法補(bǔ)償。

這種現(xiàn)象也會隨著NA的增加而出現(xiàn)。那么NA是否有可能再次增加？Van den Brink表示，ASML 正在調(diào)查此事。但是，就個人而言，他不相信 Hyper-NA 是可行的。“我們正在研究它，但這并不意味著它會投入生產(chǎn)。多年來，我一直懷疑 High-NA 將是最后一個 NA，這種信念沒有改變?！?/p>

對于“標(biāo)準(zhǔn)”EUV，NA 是 0.33，對于高 NA，它是 0.55，對于Hyper-NA，它會“高于 0.7，也許是 0.75。理論上是可以做到的。從技術(shù)上講，這是可以做到的。但是更大的鏡頭市場還有多少空間呢？這不僅是一個技術(shù)問題，如果Hyper-NA 的成本增長得像我們在High-NA中看到的那樣快，那么它在經(jīng)濟(jì)上幾乎是不可行的?！?/p>

Hyper-NA 研究計劃的主要目標(biāo)是提出智能解決方案，使技術(shù)在成本和可制造性方面保持可控。Van den Brink 不想建造更大的設(shè)備，他說，“我們正試圖在制造和設(shè)計方面做出根本性的改變，以確保如果我們要制造Hyper-NA設(shè)備，在經(jīng)濟(jì)上是可行的。對于Hyper-NA，在摩爾定律放緩的當(dāng)下，仍存在無法克服的成本限制。由于系統(tǒng)集成，繼續(xù)開發(fā)新一代芯片仍然是值得的。但一個現(xiàn)實的問題是：哪些芯片結(jié)構(gòu)太小而無法經(jīng)濟(jì)地制造？”

編輯：黃飛

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