EUV芯片光刻機(jī)的案例
科普 | 荷蘭ASML的EUV芯片光刻機(jī)工作流程及關(guān)鍵技術(shù)
一、荷蘭ASML的EUV芯片光刻機(jī)工作流程
二、光刻機(jī)的工作原理及關(guān)鍵技術(shù)
光刻是集成電路最重要的加工工藝，他的作用，如同金工車間中車床的作用。光刻是制造芯片的最關(guān)鍵技術(shù)，在整個(gè)芯片制造工藝中，幾乎每個(gè)工藝的實(shí)施，都離不開(kāi)光刻的技術(shù)。
光刻機(jī)的工作原理：
利用光刻機(jī)發(fā)出的光通過(guò)具有圖形的光罩對(duì)涂有光刻膠的薄片曝光，光刻膠見(jiàn)光后會(huì)發(fā)生性質(zhì)變化，從而使光罩上的圖形復(fù)印到薄片上，從而使薄片具有電子線路圖的作用。這就是光刻的作用，類似照相機(jī)照相。照相機(jī)拍攝的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是電路圖和其他電子元件。
簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)，光刻機(jī)就是放大的單反，光刻機(jī)就是將光罩上的設(shè)計(jì)好集成電路圖形通過(guò)光線的曝光印到光感材料上，形成圖形。
鏡頭：
鏡頭是光刻機(jī)最核心的部分，采用的不是一般的鏡頭，可以達(dá)到高2米直徑1米，甚至更大。光刻機(jī)的整個(gè)曝光光學(xué)系統(tǒng)，由數(shù)十塊鍋底大的鏡片串聯(lián)組成，其光學(xué)零件精度控制在幾個(gè)納米以內(nèi)，目前光刻機(jī)鏡頭最強(qiáng)大的是老牌光學(xué)儀器公司德國(guó)蔡司，ASML用的就是他家的鏡頭。
光源：
光源是光刻機(jī)核心之一，光刻機(jī)的工藝能力首先取決于其光源的波長(zhǎng)。下表是各類光刻機(jī)光源的具體參數(shù)：
最早光刻機(jī)的光源是采用汞燈產(chǎn)生的紫外光源(UV:UltravioletLight)，從g-line一直發(fā)展到i-line，波長(zhǎng)縮小到365nm，實(shí)際對(duì)應(yīng)的分辨率大約在200nm以上。
展開(kāi) 是DUV光刻機(jī)！ASML澄清中芯國(guó)際批量購(gòu)買協(xié)議：只與DUV光刻技術(shù)有關(guān)，細(xì)說(shuō)DUV和EUV光刻區(qū)別
在ASML官網(wǎng)的進(jìn)一步聲明發(fā)布之前，網(wǎng)友紛紛猜測(cè)中芯國(guó)際本次購(gòu)買的是DUV光刻機(jī)還是EUV光刻機(jī)？那么兩者有什么區(qū)別呢？
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，DUV是深紫外線（Deep Ultraviolet Lithography），EUV是極深紫外線（Extreme Ultraviolet Lithography）。
兩種不同的光源讓光刻機(jī)獲得了不同的曝光能力，從而獲得不一樣的工藝制程范圍。
所有的DUV光刻機(jī)，用的光源都是193nm波長(zhǎng)的ArF excimer laser，之前的一代DUV，用的光源是248nm波長(zhǎng)的KrF excimer laser。另外，EUV光刻機(jī)的光源，是13.3nm的laser pulsed tin plasma。
DUV光刻機(jī)最多只能做到25nm，英特爾曾憑借雙工作臺(tái)的模式做到了10nm，但是卻無(wú)法達(dá)到10nm以下，
后來(lái)胡正明教授（梁孟松的老師）發(fā)明了FinFET工藝之后，極盡所能的壓榨了這臺(tái)機(jī)器的潛能，讓它走到了7nm制程。
但是即使采用了FinFET工藝，芯片再想往5nm、3nm先進(jìn)工藝?yán)^續(xù)延伸，那就不得不使用EUV光刻機(jī)了。因此，DUV光刻機(jī)和EUV光刻機(jī)的價(jià)格差別也很大。
要是想制造工藝尺寸更小的芯片，
換光源是比較直接且立竿見(jiàn)影的辦法。
展開(kāi) EUV光刻機(jī)里的低調(diào)王者
作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商，這家來(lái)自荷蘭的企業(yè)提供了全球芯片生產(chǎn)都繞不開(kāi)的關(guān)鍵設(shè)備——光刻機(jī)。尤其是在EUV光刻機(jī)方面，市場(chǎng)的關(guān)注度更是空前。這一方面是因?yàn)檫@個(gè)設(shè)備是芯片制造工藝走向7nm以下的關(guān)鍵；另一方面，這個(gè)設(shè)備的售價(jià)高達(dá)上億美金，且只有ASML一家能做。因此其吸引了全球那么多的目光也情有可原。
正如很多分析人士所說(shuō)，EUV光刻機(jī)真可以稱得上是芯片制造的“皇冠”。
以EUV光刻機(jī)為例，ASML技術(shù)開(kāi)發(fā)副總裁Tony Yen在今年三月接受媒體采訪的時(shí)候曾經(jīng)表示，EUV光刻機(jī)由超過(guò)10萬(wàn)個(gè)精密零部件組成；相關(guān)報(bào)道也指出，EUV光刻機(jī)重量達(dá)180噸，體積十分龐大，需要0.125萬(wàn)千瓦的電力，來(lái)維持250瓦的功率；紐約時(shí)報(bào)在之前一篇介紹ASML的文章中更是強(qiáng)調(diào)，EUV光刻機(jī)的運(yùn)送需要使用40個(gè)集裝箱、20輛卡車和三架波音747飛機(jī)。
這樣一個(gè)龐然大物，不但需要在晶圓上做一些精度極高的工作，而且還需要保持更高的產(chǎn)能，從其部件構(gòu)成上看，正如其名字“光刻機(jī)”所定義的一樣，“光”就成為了EUV光刻機(jī)中的重要一環(huán)。要明白這一切，就首先得從光刻機(jī)的工作原理談起。
展開(kāi) 什么是EUV光刻機(jī)？
EUV堪稱半導(dǎo)體設(shè)備發(fā)展以來(lái)最昂貴的設(shè)備，一臺(tái)售價(jià)高達(dá)9,000 萬(wàn)歐元。
中芯國(guó)際前兩年也曾向ASML下單了一臺(tái)價(jià)值高達(dá)1.2億美元的EUV（極紫外線）光刻機(jī)，不過(guò)最終沒(méi)有達(dá)到貨物。
看看如何修煉這臺(tái)設(shè)備的。
EUV光刻機(jī)路線圖！
在科技行業(yè)，在硬件方面最受關(guān)注的公司是英偉達(dá)、蘋(píng)果、高通和AMD等芯片公司，或英特爾、三星和臺(tái)積電這些芯片制造公司。雖然半導(dǎo)體制造設(shè)備的供應(yīng)商鮮為人知，但其中還有一家頗有名氣的公司，那就是來(lái)自荷蘭的 ASML。
ASML 生產(chǎn)用于制造從邏輯到 NAND（用于 SSD、閃存等）和 DRAM 等幾乎所有芯片的光刻設(shè)備。這些工具使用光在晶圓上“打印”特征、制造晶體管等。多年來(lái)，該行業(yè)一直使用 193 納米波長(zhǎng)的“深紫外光 (“DUV”) 光刻技術(shù)”。大約在 2000 年代中期，這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展到“浸沒(méi)式光刻”：這項(xiàng)技術(shù)在透鏡和晶片之間使用水。這將NA（breaking index）從大約 1.0 提高到大約 1.35，從而將工具的分辨率提高了類似的量。
業(yè)界預(yù)估，在 32nm 節(jié)點(diǎn)及以下節(jié)點(diǎn)（早在十多年前），光刻機(jī)光源步長(zhǎng)將從 193nm 躍升至 13.5nm 光，后者稱為極紫外或 EUV，這將大大提高分辨率，以繼續(xù)摩爾定律的驚天縮放。NA 從 1.35 下降到 0.35 可以部分抵消波長(zhǎng)的這種改善。
然而，與商用DUV 工具的約 300WPH 相比，早期的 EUV 工具的吞吐量極低，僅為每小時(shí) 10-40 個(gè)晶圓的訂單（“WPH”）。這種低吞吐量意味著該工具在商業(yè)上不可行。這導(dǎo)致了多年的延誤，因?yàn)?ASML 投資解決這些問(wèn)題。
與此同時(shí)，為了繼續(xù)微縮，業(yè)界發(fā)明了（昂貴且復(fù)雜的）“多重圖案化”方案：這些技術(shù)多次曝光晶圓以創(chuàng)建一個(gè)特征，需要多個(gè)（同樣昂貴的）“掩模”。（掩膜定義了“印刷”在晶圓上的特征，作為芯片的模板。）順便說(shuō)一句，這也是英特爾在 14 納米和 10 納米中遇到大量良率問(wèn)題的原因之一。
展開(kāi) EUV光刻機(jī)路線圖
在科技行業(yè)，在硬件方面最受關(guān)注的公司是英偉達(dá)、蘋(píng)果、高通和AMD等芯片公司，或英特爾、三星和臺(tái)積電這些芯片制造公司。雖然半導(dǎo)體制造設(shè)備的供應(yīng)商鮮為人知，但其中還有一家頗有名氣的公司，那就是來(lái)自荷蘭的 ASML。
ASML 生產(chǎn)用于制造從邏輯到 NAND（用于 SSD、閃存等）和 DRAM 等幾乎所有芯片的光刻設(shè)備。這些工具使用光在晶圓上“打印”特征、制造晶體管等。多年來(lái)，該行業(yè)一直使用 193 納米波長(zhǎng)的“深紫外光 (“DUV”) 光刻技術(shù)”。大約在 2000 年代中期，這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展到“浸沒(méi)式光刻”：這項(xiàng)技術(shù)在透鏡和晶片之間使用水。這將NA（breaking index）從大約 1.0 提高到大約 1.35，從而將工具的分辨率提高了類似的量。
業(yè)界預(yù)估，在 32nm 節(jié)點(diǎn)及以下節(jié)點(diǎn)（早在十多年前），光刻機(jī)光源步長(zhǎng)將從 193nm 躍升至 13.5nm 光，后者稱為極紫外或 EUV，這將大大提高分辨率，以繼續(xù)摩爾定律的驚天縮放。NA 從 1.35 下降到 0.35 可以部分抵消波長(zhǎng)的這種改善。
然而，與商用DUV 工具的約 300WPH 相比，早期的 EUV 工具的吞吐量極低，僅為每小時(shí) 10-40 個(gè)晶圓的訂單（“WPH”）。這種低吞吐量意味著該工具在商業(yè)上不可行。這導(dǎo)致了多年的延誤，因?yàn)?ASML 投資解決這些問(wèn)題。
與此同時(shí)，為了繼續(xù)微縮，業(yè)界發(fā)明了（昂貴且復(fù)雜的）“多重圖案化”方案：這些技術(shù)多次曝光晶圓以創(chuàng)建一個(gè)特征，需要多個(gè)（同樣昂貴的）“掩模”。（掩膜定義了“印刷”在晶圓上的特征，作為芯片的模板。）順便說(shuō)一句，這也是英特爾在 14 納米和 10 納米中遇到大量良率問(wèn)題的原因之一。
展開(kāi) EUV光刻機(jī)內(nèi)部揭秘！
當(dāng)時(shí)的 ASML 是一家只有 300 人的小公司，曾成功銷售其深紫外光刻工具。但他們意識(shí)到，為了保持相關(guān)性，他們需要進(jìn)行一些認(rèn)真的研發(fā)。
Benschop 是一位身材高大、棱角分明的高管，態(tài)度熱情而詼諧，他被聘為該公司新項(xiàng)目的第一位研究員工。他開(kāi)始參加每年舉行兩次的大型會(huì)議。在那里，來(lái)自主要芯片公司和政府機(jī)構(gòu)的深思熟慮的人會(huì)摸著下巴，爭(zhēng)論下一步使用哪種形式的光。
“What would be thenext kid on the block?”去年夏天我們?cè)?Zoom 上講話時(shí) Benschop 就是這么說(shuō)的。專家們琢磨了幾個(gè)選項(xiàng)，都存在很大的問(wèn)題。一個(gè)想法是使用離子噴霧在芯片上繪制圖案；那會(huì)奏效，但沒(méi)有人能想出如何大規(guī)模地快速做到這一點(diǎn)。發(fā)射電子束也是如此。有些人主張使用波長(zhǎng)很小的 X 射線，但他們也面臨著挑戰(zhàn)。最后的想法是極紫外線，其波長(zhǎng)可以低至 13.5 納米——非常接近 X 射線。看起來(lái)不錯(cuò)。
問(wèn)題是 EUV 需要一種全新形式的光刻機(jī)。現(xiàn)有的使用傳統(tǒng)的玻璃透鏡將光聚焦到晶片上。但是 EUV 光會(huì)被玻璃吸收；它停止死亡。如果你想聚焦它，你就必須開(kāi)發(fā)像太空望遠(yuǎn)鏡中使用的那樣的曲面鏡。更糟糕的是，EUV 甚至?xí)豢諝馕眨虼四枰箼C(jī)器內(nèi)部成為完全密封的真空。你需要可靠地產(chǎn)生 EUV 光；沒(méi)有人知道如何做到這一點(diǎn)。
英特爾和美國(guó)能源部都修改過(guò)這個(gè)想法。但這些主要是實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。要?jiǎng)?chuàng)建可行的芯片制造光刻機(jī)，您需要開(kāi)發(fā)可以快速工作并批量生產(chǎn)芯片的可靠技術(shù)。
經(jīng)過(guò)三年的深思熟慮，2000年ASML決定賭上公司，押注EUV。他們是一家小公司，但如果他們能做到這一點(diǎn)，他們就會(huì)成為一個(gè)巨人。
展開(kāi) EUV光刻機(jī)路線圖
在科技行業(yè)，在硬件方面最受關(guān)注的公司是英偉達(dá)、蘋(píng)果、高通和AMD等芯片公司，或英特爾、三星和臺(tái)積電這些芯片制造公司。雖然半導(dǎo)體制造設(shè)備的供應(yīng)商鮮為人知，但其中還有一家頗有名氣的公司，那就是來(lái)自荷蘭的 ASML。
ASML 生產(chǎn)用于制造從邏輯到 NAND（用于 SSD、閃存等）和 DRAM 等幾乎所有芯片的光刻設(shè)備。這些工具使用光在晶圓上“打印”特征、制造晶體管等。多年來(lái)，該行業(yè)一直使用 193 納米波長(zhǎng)的“深紫外光 (“DUV”) 光刻技術(shù)”。大約在 2000 年代中期，這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展到“浸沒(méi)式光刻”：這項(xiàng)技術(shù)在透鏡和晶片之間使用水。這將NA（breaking index）從大約 1.0 提高到大約 1.35，從而將工具的分辨率提高了類似的量。
業(yè)界預(yù)估，在 32nm 節(jié)點(diǎn)及以下節(jié)點(diǎn)（早在十多年前），光刻機(jī)光源步長(zhǎng)將從 193nm 躍升至 13.5nm 光，后者稱為極紫外或 EUV，這將大大提高分辨率，以繼續(xù)摩爾定律的驚天縮放。NA 從 1.35 下降到 0.35 可以部分抵消波長(zhǎng)的這種改善。
然而，與商用DUV 工具的約 300WPH 相比，早期的 EUV 工具的吞吐量極低，僅為每小時(shí) 10-40 個(gè)晶圓的訂單（“WPH”）。這種低吞吐量意味著該工具在商業(yè)上不可行。這導(dǎo)致了多年的延誤，因?yàn)?ASML 投資解決這些問(wèn)題。
與此同時(shí)，為了繼續(xù)微縮，業(yè)界發(fā)明了（昂貴且復(fù)雜的）“多重圖案化”方案：這些技術(shù)多次曝光晶圓以創(chuàng)建一個(gè)特征，需要多個(gè)（同樣昂貴的）“掩模”。（掩膜定義了“印刷”在晶圓上的特征，作為芯片的模板。）順便說(shuō)一句，這也是英特爾在 14 納米和 10 納米中遇到大量良率問(wèn)題的原因之一。
展開(kāi) ASML分享：EUV光刻機(jī)的未來(lái)
而根據(jù)ASML 的最新分享報(bào)告顯示，其最新的 EUV 光刻機(jī)可以在未來(lái) 10 年左右的時(shí)間內(nèi)幫助制造商在硅基板上塞入越來(lái)越多的晶體管。根據(jù)ASML預(yù)測(cè)，在2030年，將會(huì)有集成3000億晶體管的芯片出現(xiàn)。
ASML報(bào)告指出，從 2023 年開(kāi)始，ASML計(jì)劃交付第一批下一代 EUV 設(shè)備，該設(shè)備將使 EUV 數(shù)值孔徑 (NA) 高于當(dāng)前機(jī)器的能力，從 0.33 NA 到 0.55 NA。這將使芯片制造商能夠開(kāi)發(fā)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)前預(yù)期的 2 納米閾值的工藝節(jié)點(diǎn)，并且在對(duì)高級(jí)晶圓層使用單次曝光 EUV 工藝時(shí)還可以節(jié)省一些成本。
這些新機(jī)器中的第一臺(tái)將是原型機(jī)，將在整個(gè) 2022 年進(jìn)行測(cè)試。而英特爾將成為首個(gè)吃螃蟹的人，它希望最早在 2023 年將其用于量產(chǎn)。這家科技巨頭最近開(kāi)始了一個(gè)多年的過(guò)程，以重新獲得工藝和封裝技術(shù)的領(lǐng)先地位，而高數(shù)值孔徑 EUV 工具是該計(jì)劃的關(guān)鍵部分。事實(shí)上，如果英特爾的IDM 2.0 計(jì)劃想獲得成功的機(jī)會(huì)，它就必須需要從 ASML 那里獲得所有的幫助。
臺(tái)積電也有興趣獲得盡可能多的這種下一代光刻設(shè)備。這家臺(tái)灣公司目前占該行業(yè) EUV 設(shè)備安裝基礎(chǔ)和晶圓產(chǎn)量的一半，他們計(jì)劃通過(guò)兩個(gè)最先進(jìn)的2 納米 GigaFab擴(kuò)大產(chǎn)能。具有諷刺意味的是，臺(tái)積電曾經(jīng)是一個(gè)不相信 EUV 的人，但今天它是 ASML 的最大客戶，這要?dú)w功于 Apple堅(jiān)持認(rèn)為 EUV 是實(shí)現(xiàn)更小、更強(qiáng)大、更節(jié)能芯片的必須設(shè)備。
展開(kāi) 新EUV光刻機(jī)為什么是“電力黑洞”
2017年8月，因備用容率嚴(yán)重不足，大潭電廠部分機(jī)組跳機(jī)，影響592萬(wàn)戶居民用電；2021年5月又經(jīng)歷連續(xù)兩次備用容率不足，先后影響462萬(wàn)與100萬(wàn)戶居民用電；今年3月又因事故導(dǎo)致南部地區(qū)供電失衡，549萬(wàn)戶局面再次面對(duì)停電困擾。
一次又一次的大范圍停電，背后其實(shí)有一只龐大的“電老虎”在瘋狂吞噬電力，那就是臺(tái)積電。
從臺(tái)積電的年報(bào)可以看出，2017年開(kāi)始臺(tái)積電芯片代工業(yè)務(wù)業(yè)績(jī)飛漲，外加與三星電子的“代工戰(zhàn)爭(zhēng)”愈發(fā)激烈，來(lái)自ASML的EUV極紫外光刻機(jī)大量進(jìn)口。就是在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，中國(guó)臺(tái)灣一步步陷入了用電危機(jī)。
近日，為制造制程更先進(jìn)、耗電更少的芯片，往往制造需要大量的電力。光刻機(jī)巨頭ASML最先進(jìn)極紫外（EUV）光刻機(jī)，每臺(tái)預(yù)估耗電1MW（megawatt，百萬(wàn)瓦），約為前幾代設(shè)備的10倍。鑒于目前中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)用電緊張的局勢(shì)，恐將繼續(xù)影響全臺(tái)用電。
為什么芯片代工這么費(fèi)電？EUV光刻機(jī)又為什么被稱為電力黑洞？
極紫外光的特殊性質(zhì)
我們知道，光線在穿過(guò)不同介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，不同波長(zhǎng)的光線折射角度也不同。
第一次發(fā)現(xiàn)這一原理的人是牛頓。他將太陽(yáng)光逛街穿過(guò)三棱鏡后，發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)光是由多種顏色的光組成的。其中的原理就是因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)的光線折射率不同——紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，折射角度小，紫光波長(zhǎng)短，折射角度大。
通過(guò)運(yùn)用這一原理，我們將重要的交通信號(hào)燈與車尾設(shè)置為紅色，即使在霧天司機(jī)也可以在遠(yuǎn)處看到燈亮。
紅光的穩(wěn)定為我們帶來(lái)了安全便捷的交通環(huán)境，而在光譜的對(duì)面——紫光區(qū)域，則是另一番景象。
EUV（Extreme Ultra-violet）——極紫外光，通常指波長(zhǎng)為10-14納米的光源，具體為波長(zhǎng)13.4nm 的紫外線，它的光路極易受到外界干擾。
展開(kāi) EUV光刻機(jī)內(nèi)部揭秘！
當(dāng)時(shí)的 ASML 是一家只有 300 人的小公司，曾成功銷售其深紫外光刻工具。但他們意識(shí)到，為了保持相關(guān)性，他們需要進(jìn)行一些認(rèn)真的研發(fā)。
Benschop 是一位身材高大、棱角分明的高管，態(tài)度熱情而詼諧，他被聘為該公司新項(xiàng)目的第一位研究員工。他開(kāi)始參加每年舉行兩次的大型會(huì)議。在那里，來(lái)自主要芯片公司和政府機(jī)構(gòu)的深思熟慮的人會(huì)摸著下巴，爭(zhēng)論下一步使用哪種形式的光。
“What would be thenext kid on the block?”去年夏天我們?cè)?Zoom 上講話時(shí) Benschop 就是這么說(shuō)的。專家們琢磨了幾個(gè)選項(xiàng)，都存在很大的問(wèn)題。一個(gè)想法是使用離子噴霧在芯片上繪制圖案；那會(huì)奏效，但沒(méi)有人能想出如何大規(guī)模地快速做到這一點(diǎn)。發(fā)射電子束也是如此。有些人主張使用波長(zhǎng)很小的 X 射線，但他們也面臨著挑戰(zhàn)。最后的想法是極紫外線，其波長(zhǎng)可以低至 13.5 納米——非常接近 X 射線。看起來(lái)不錯(cuò)。
問(wèn)題是 EUV 需要一種全新形式的光刻機(jī)。現(xiàn)有的使用傳統(tǒng)的玻璃透鏡將光聚焦到晶片上。但是 EUV 光會(huì)被玻璃吸收；它停止死亡。如果你想聚焦它，你就必須開(kāi)發(fā)像太空望遠(yuǎn)鏡中使用的那樣的曲面鏡。更糟糕的是，EUV 甚至?xí)豢諝馕眨虼四枰箼C(jī)器內(nèi)部成為完全密封的真空。你需要可靠地產(chǎn)生 EUV 光；沒(méi)有人知道如何做到這一點(diǎn)。
英特爾和美國(guó)能源部都修改過(guò)這個(gè)想法。但這些主要是實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。要?jiǎng)?chuàng)建可行的芯片制造光刻機(jī)，您需要開(kāi)發(fā)可以快速工作并批量生產(chǎn)芯片的可靠技術(shù)。
經(jīng)過(guò)三年的深思熟慮，2000年ASML決定賭上公司，押注EUV。
展開(kāi) 
這場(chǎng)EUV光刻機(jī)爭(zhēng)奪戰(zhàn)，已經(jīng)悄然打響
四、極紫外光刻產(chǎn)業(yè)不僅只有EUV
光刻機(jī)供應(yīng)商除ASML之外，還有日本廠商尼康和佳能。隨著EUV變得越來(lái)越重要，ASML的優(yōu)勢(shì)正變得越來(lái)越明顯。佳能和尼康僅能在“深紫外線”（DUV）光刻系統(tǒng)上與之競(jìng)爭(zhēng)。可即使在DUV領(lǐng)域，ASML也擁有62％的市場(chǎng)份額。
然而，極紫外光刻產(chǎn)業(yè)又并不僅僅只有EUV光刻機(jī)。根據(jù)半導(dǎo)體專家莫大康的介紹，與EUV相關(guān)的還包括光掩膜缺陷檢測(cè)和涂覆顯影等周邊設(shè)備，以及光刻膠等關(guān)鍵材料。光掩膜缺陷檢測(cè)設(shè)備可檢測(cè)光掩膜中存在的缺陷，如果承載原始電路的光掩膜存在缺陷，則芯片的缺陷率將相應(yīng)增加。因此該設(shè)備也十分重要。日本Lasertec是這一領(lǐng)域的主要制造商。Lasertec公司的經(jīng)營(yíng)企劃室室長(zhǎng)三澤祐太朗指出：“隨著微縮化的發(fā)展，在步入2納米制程時(shí)，DUV的感光度可能會(huì)不夠充分。”采用EUV光源的檢測(cè)設(shè)備的需求有望進(jìn)一步增長(zhǎng)。
EUV涂膠顯影設(shè)備用于將特殊的化學(xué)液體涂在硅片上作為半導(dǎo)體材料進(jìn)行顯影。作為光刻機(jī)的輸入（曝光前光刻膠涂覆）和輸出（曝光后圖形的顯影），涂膠/顯影機(jī)的性能直接影響到細(xì)微曝光圖案的形成，其顯影工藝的圖形質(zhì)量和缺陷控制對(duì)后續(xù)諸多工藝（諸如蝕刻、離子注入等）圖形轉(zhuǎn)移結(jié)果也有著深刻的影響。東京電子是該領(lǐng)域的主要供應(yīng)商。東京電子的河合利樹(shù)社長(zhǎng)指出，如果EUV的導(dǎo)入能促進(jìn)整個(gè)工序的技術(shù)進(jìn)步的話，與EUV沒(méi)有直接聯(lián)系的工序數(shù)也會(huì)增加。
展開(kāi) 下一代EUV光刻機(jī)面世背后
2019 年是極紫外 (EUV) 光刻技術(shù)的重要里程碑。同年，EUV 構(gòu)圖技術(shù)首次應(yīng)用于 7nm 技術(shù)代邏輯芯片的量產(chǎn)。插入以對(duì)芯片后端 (BEOL) 的最關(guān)鍵層進(jìn)行圖案化，它能夠打印間距高達(dá) 36-40 納米的金屬線。
憑借 13.5 納米的極短波長(zhǎng)，EUV 光刻已被引入以接替 193 納米（浸沒(méi)式）光刻——這是由瑞利方程決定的分辨率轉(zhuǎn)變。根據(jù)這個(gè)等式，在晶圓曝光期間使用波長(zhǎng)較小的光可以提高光刻工具的分辨率，從而提高其打印具有特定半間距（half pitch）或臨界尺寸 (critical dimension：CD) 特征的能力。此外，193nm 復(fù)雜且昂貴的多重圖案化要求——包括將芯片圖案分成兩個(gè)或更多個(gè)更簡(jiǎn)單的掩模——可以再次移回單一圖案化 EUV。
在開(kāi)發(fā)方面，研究人員一直在不斷努力推動(dòng)當(dāng)今最先進(jìn)的 EUV 全場(chǎng)掃描儀（即 ASML NXE:3400B）的單次打印能力。例如，今年早些時(shí)候，imec 和 ASML 能夠?yàn)?lines/spaces展示 28 納米間距單次曝光圖形，對(duì)應(yīng)于 5 納米邏輯技術(shù)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵 BEOL 金屬層。這使當(dāng)前的掃描儀接近其大批量制造的分辨率極限，約為 13 納米（26 納米間距）。隨著邏輯工藝的發(fā)展，存儲(chǔ)器制造商越來(lái)越多地考慮使用 EUV 光刻來(lái)滿足未來(lái)存儲(chǔ)器的高密度要求——例如用于對(duì)關(guān)鍵 DRAM 結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化。
與此同時(shí)，正在探索多圖案 EUV 光刻選項(xiàng)，以將 EUV 推進(jìn)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。雖然這些“技巧”提供了更輕松的間距，但它們也有一個(gè)缺點(diǎn)：處理步驟數(shù)量增加，增加了圖案化步驟的成本、復(fù)雜性和處理時(shí)間。
展開(kāi) ASML科普，EUV光刻機(jī)的奇跡之路
來(lái)源：內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察 編譯自ASML，作者Sander Hofman
EUV 的故事始于 1980 年代中期的日本，當(dāng)時(shí)，在 70 年代俄羅斯完成的多層鏡研究的基礎(chǔ)上，Hiroo Kinoshita 投影了第一張 EUV 圖像。美國(guó)和荷蘭的實(shí)驗(yàn)室很快也開(kāi)始探索這一潛在的光刻技術(shù)新發(fā)展。最初被稱為“soft x-ray”光刻，“extreme ultraviolet”這個(gè)名稱的靈感來(lái)自天文學(xué)家對(duì)相同光波長(zhǎng)和光子能量使用的術(shù)語(yǔ)。
在光刻技術(shù)中，使用較短的光波長(zhǎng)使芯片制造商能夠縮小尺寸并增加芯片上特征（或晶體管）的密度，從而使芯片更快、更強(qiáng)大。當(dāng) ASML 于 1984 年成立時(shí)，該行業(yè)使用產(chǎn)生 436 納米 (nm) 光的汞蒸氣燈，稱為 g-line，后來(lái)，產(chǎn)生了 365 nm 的紫外 (UV) 光，稱為 i-line。早期的 EUV 研究人員追求從 4 到 40 的幾個(gè)波長(zhǎng)，但最終選擇了 13.5 作為錫等離子體產(chǎn)生 EUV 光的最佳點(diǎn)。
EUV 并不是研究人員探索的唯一能夠?qū)崿F(xiàn)未來(lái)幾代“微縮”的技術(shù)。電子束光刻（Electron beam lithography）和離子束光刻（ion beam lithography ）似乎是其他可行的選擇，但 ASML 對(duì) EUV 光刻下了“有根據(jù)的賭注”，因?yàn)檫@種技術(shù)似乎最適合繼續(xù)晶體管微縮，同時(shí)在大規(guī)模生產(chǎn)中仍能負(fù)擔(dān)得起。
然而，并不是每個(gè)人都立即被 EUV 技術(shù)的想法所吸引。在2020 年 SPIE 會(huì)議回顧展上，時(shí)任 NTT 研究員的 Hiroo Kinoshita 描述了讓他的科學(xué)家同事相信 EUV 光刻有機(jī)會(huì)的挑戰(zhàn)。“[我在 1986 年的日本應(yīng)用光學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)上展示了我的結(jié)果，”他說(shuō)。“不幸的是，聽(tīng)眾對(duì)我的演講高度懷疑。
展開(kāi) 為下一代EUV光刻機(jī)做好準(zhǔn)備
來(lái)源：內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察（ID：icbank）編譯自：semiengineering
半導(dǎo)體行業(yè)正在全速前進(jìn)以開(kāi)發(fā)高數(shù)值孔徑
（high-NA ）
EUV，但開(kāi)發(fā)下一代光刻系統(tǒng)和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施仍然是一項(xiàng)艱巨而昂貴的任務(wù)。
一段時(shí)間以來(lái)，ASML 一直在開(kāi)發(fā)其高數(shù)值孔徑
(high-NA)
EUV光刻機(jī)——當(dāng)今基于 0.33 數(shù)值孔徑透鏡的 EUV 光刻系統(tǒng)的后續(xù)產(chǎn)品。ASML 新的高數(shù)值孔徑 EUV 系統(tǒng)涉及一種全新的工具，具有 0.55 數(shù)值孔徑的鏡頭，分辨率為 8 納米，而現(xiàn)有工具的分辨率為 13 納米。分析師表示，0.55 NA 的EUV 工具的目標(biāo)是 2023 年的 3nm，但我們認(rèn)為該設(shè)備不太可能在 2025 年之前投入生產(chǎn)。
據(jù) KeyBanc 稱，一臺(tái)High NA 光刻機(jī)的成本預(yù)計(jì)為 3.186 億美元，而今天的 EUV 系統(tǒng)則為 1.534 億美元。但事實(shí)上，光刻系統(tǒng)的總成本可能會(huì)更高，因?yàn)槲覀冃枰渌略O(shè)備、新光掩模和不同的光刻膠來(lái)實(shí)現(xiàn)高數(shù)值孔徑 EUV。各種供應(yīng)商都在研究這些技術(shù)，但在這一點(diǎn)上仍然存在一些差距。
光刻設(shè)備用于對(duì)芯片上的微小特征進(jìn)行圖案化，使芯片制造商能夠在高級(jí)節(jié)點(diǎn)上開(kāi)發(fā)更小、更快的設(shè)備，并將更多的特征封裝到單個(gè)芯片或封裝中。直到 2018 年，芯片制造商都使用傳統(tǒng)的光學(xué)光刻掃描儀在前沿芯片上對(duì)特征進(jìn)行圖案化。但在先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)上，光刻的圖案化過(guò)程變得過(guò)于復(fù)雜，這就帶來(lái)了對(duì) EUV的需求，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
ASML使用13.5nm 波長(zhǎng)的 0.33 NA EUV 光刻機(jī)正被三星和臺(tái)積電用于生產(chǎn) 7nm 和 5nm 芯片。
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