ASML將推產(chǎn)能為每小時(shí)170片的新一代EUV光刻機(jī)

昨天，荷蘭***大廠(chǎng)ASML發(fā)布了其2018年的財(cái)報(bào)。數(shù)據(jù)顯示，公司2018全年銷(xiāo)售額為109億歐元，凈收入為26億歐元，預(yù)計(jì)2019年第一季度銷(xiāo)售額約為21億歐元，毛利率約為40％。

ASML總裁兼首席執(zhí)行官Peter Wennink還表示：“。在第四季度，我們收到五份EUV訂單。2019年，客戶(hù)有著對(duì)30個(gè)EUV系統(tǒng)的需求，這些出貨量將包括DRAM客戶(hù)的第一批量產(chǎn)系統(tǒng)。預(yù)計(jì)2019年我們的EUV掃描儀生產(chǎn)的芯片將開(kāi)始供消費(fèi)者和企業(yè)使用?！?/p>

他們還指出，公司將在今年推出新一代的EUV光刻設(shè)備N(xiāo)XE：3400C，規(guī)格為每小時(shí)170片晶圓，可用率超過(guò)90％。該系統(tǒng)將于2019年下半年提供給客戶(hù)。目前，ASML主流的EUV設(shè)備機(jī)型是NXE:3400B，在合作伙伴的工廠(chǎng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了125WPH的產(chǎn)能。

據(jù)ASML介紹，這個(gè)新設(shè)備是以“NXE:3400B”為基礎(chǔ)，首次開(kāi)發(fā)降低重合誤差的版本，而在后續(xù)的發(fā)展則是是以“降低重合誤差版本”為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)提高“吐出量”（生產(chǎn)性能）的版本。在持續(xù)降低重合誤差的同時(shí)，ASML還在繼續(xù)開(kāi)發(fā)提高產(chǎn)能的新版本，ASML還沒(méi)有公布新版本的型號(hào)，出貨時(shí)間預(yù)計(jì)在2021年的下半年，新版本應(yīng)該會(huì)承擔(dān)3nm的量產(chǎn)工作吧。

而據(jù)媒體報(bào)道，下一代EUV（極紫外）曝光技術(shù)的發(fā)展正在全面發(fā)展，這種技術(shù)將使得半導(dǎo)體邏輯和DRAM的小型化和高密度化成為可能。如果發(fā)展順利進(jìn)行，在2020年下半年，最先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝可以受益于新的設(shè)備。他們指出，在“當(dāng)前一代”EUV曝光技術(shù)中，3nm代半導(dǎo)體邏輯有望成為小型化的極限。但在“下一代”EUV曝光技術(shù)出來(lái)之后，則讓2納米，甚至1.4納米成為可能。

ASML預(yù)估，在2021年底之前將裝配N(xiāo)AV為0.55的EUV曝光設(shè)備的原型系統(tǒng)，大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)的出貨計(jì)劃于2024年開(kāi)始。

EUV光刻技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

光刻（lithography）為集成電路微細(xì)化的最關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前在16/14nm節(jié)點(diǎn)乃至10及7nm節(jié)點(diǎn)，芯片制造商普遍還在使用193nm ArF浸潤(rùn)式***+多重成像技術(shù)，但采用多重成像技術(shù)后將增加曝光次數(shù)，導(dǎo)致成本顯著上升及良率、產(chǎn)出下降等問(wèn)題。根據(jù)相關(guān)企業(yè)的規(guī)劃，在7/5nm節(jié)點(diǎn)，芯片生產(chǎn)將導(dǎo)入極紫外（EUV）光刻技術(shù)，EUV光刻使用13.5nm波長(zhǎng)的極紫外光，能夠形成更為精細(xì)的曝光圖像。芯片廠(chǎng)商計(jì)劃將EUV光刻應(yīng)用到最困難的光刻工序，即金屬1層以及過(guò)孔生成工序，而其他大部分工序則仍將延用193nm ArF浸潤(rùn)式***+多重成像來(lái)制作。據(jù)EUV***生產(chǎn)商阿斯麥（ASML）稱(chēng)，相比浸潤(rùn)式光刻+三重成像技術(shù)，EUV光刻技術(shù)能夠?qū)⒔饘賹拥闹谱鞒杀窘档?%，過(guò)孔的制作成本降低28%。

EUV光刻的關(guān)鍵技術(shù)包括EUV光源和高數(shù)值孔徑（NA）鏡頭，前者關(guān)乎***的吞吐量（Throughput），后者關(guān)乎***的分辨率（Resolution）和套刻誤差(Overlay)能力等。目前，全球EUV***生產(chǎn)基本上由荷蘭阿斯麥公司所壟斷，其最新 NXE:3400B EUV機(jī)型，采用245W光源，在實(shí)驗(yàn)條件下，未使用掩膜保護(hù)膜（pellicle），已實(shí)現(xiàn)每小時(shí)曝光140片晶圓的吞吐量；該機(jī)型在用戶(hù)端的測(cè)試中，可達(dá)到每小時(shí)曝光125片晶圓的吞吐量，套刻誤差2nm；按照阿斯麥公司EUV技術(shù)路線(xiàn)規(guī)劃，公司將在2018年底前，通過(guò)技術(shù)升級(jí)使NXE:3400B EUV機(jī)型的套刻誤差減小到1.7nm以下，滿(mǎn)足5nm制程的工藝需求；在2019年中，采用250W EUV光源，達(dá)到每小時(shí)145片晶圓的量產(chǎn)吞吐量；在2020年，推出升級(jí)版的NXE:3400C EUV機(jī)型，采用250W EUV光源達(dá)到155片/時(shí)的量產(chǎn)吞吐量?？傮w上，目前的250W EUV光源已經(jīng)可以滿(mǎn)足7nm甚至5nm制程的要求，但針對(duì)下一代的EUV光源仍有待開(kāi)發(fā)。據(jù)估算，在3nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，對(duì)EUV光源的功率要求將提升到500W，到了1nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，光源功率要求甚至將達(dá)到1KW。

高數(shù)值孔徑（High-NA）光學(xué)系統(tǒng)方面，由于極紫外光會(huì)被所有材料（包括各種氣體）吸收，因此極紫外光光刻必需在真空環(huán)境下，并且使用反射式透鏡進(jìn)行。目前，阿斯麥公司已開(kāi)發(fā)出數(shù)值孔徑為0.33的EUV***鏡頭，阿斯麥正在為3nm及以下制程采開(kāi)發(fā)更高數(shù)值孔徑（NA）光學(xué)系統(tǒng)，公司與卡爾蔡司公司合作開(kāi)發(fā)的數(shù)值孔徑為0.5的光學(xué)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)在2023-2024年后量產(chǎn)，該光學(xué)系統(tǒng)分辨率(Resolution)和生產(chǎn)時(shí)的套刻誤差(Overlay)比現(xiàn)有系統(tǒng)高出70%，每小時(shí)可以處理 185 片晶圓。

除***之外，EUV光刻要在芯片量產(chǎn)中應(yīng)用仍有一些技術(shù)問(wèn)題有待進(jìn)一步解決，如：光刻膠、掩膜、掩膜保護(hù)薄膜（pellicle）。

光刻膠方面，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)要求光刻膠的照射反應(yīng)劑量水平必須不高于20mJ/cm2。而目前要想得到完美的成像，EUV光刻膠的照射劑量普遍需要達(dá)到30-40mJ/cm2。在30mJ/cm2劑量水平，250w光源的EUV***每小時(shí)吞吐量只能達(dá)到90片，顯著低于理想的125片。由于EUV光刻產(chǎn)生的一些光子隨機(jī)效應(yīng)，要想降低光刻膠的照射劑量水平仍需克服一系列挑戰(zhàn)。其中之一是所謂的光子發(fā)射噪聲現(xiàn)象。光子是光的基本粒子，成像過(guò)程中照射光光子數(shù)量的變化會(huì)影響EUV光刻膠的性能，因此會(huì)產(chǎn)生一些不希望有的成像缺陷，比如：線(xiàn)邊緣粗糙(line-edge roughness:LER)等。

光掩膜版，EUV光刻使用鏡面反射光而不是用透鏡折射光，因此EUV光刻采用的光掩膜版也需要改成反射型，改用覆蓋在基體上的硅和鉬層來(lái)制作。同時(shí)，EUV光刻對(duì)光掩膜版的準(zhǔn)確度、精密度、復(fù)雜度要求比以往更高。當(dāng)前制作掩膜版普遍使用的可變形狀電子束設(shè)備(VSB)，其寫(xiě)入時(shí)間成為最大的挑戰(zhàn)，解決方案之一是采用多束電子束設(shè)備。包括IMS公司、NuFlare公司等已在開(kāi)發(fā)相關(guān)多束電子束產(chǎn)品，多束電子束設(shè)備能夠提高光掩膜版制作效率，降低成本，還有助于提高光掩膜版的良率。未來(lái)，大部分EUV光掩膜版仍可以使用可變形狀電子束設(shè)備來(lái)制作，但是對(duì)少數(shù)復(fù)雜芯片而言，要想保持加工速度，必須使用多束電子束設(shè)備。

EUV薄膜，EUV薄膜作為光掩膜的保護(hù)層，提供阻隔外界污染的實(shí)體屏障，可以防止微塵或揮發(fā)氣體污染光掩膜表面，減少光掩膜使用時(shí)的清潔和檢驗(yàn)。阿斯麥公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出83%透射率的薄膜，在采用245W光源，測(cè)試可達(dá)到100 片晶圓/時(shí)吞吐量，阿斯麥的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出透射率90%的透明薄膜，可承受300W的EUV光源，實(shí)現(xiàn)125片晶圓/時(shí)的吞吐量。

初期，EUV光刻還是主要應(yīng)用于高端邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片的生產(chǎn)，主要芯片企業(yè)已相繼宣布了各自導(dǎo)入EUV光刻的計(jì)劃。