臺積電近日宣布，曾經(jīng)開端了7nm+ EUV工藝的大范圍量產(chǎn)，這是該公司乃至整個半導體產(chǎn)業(yè)首個商用EUV極紫外光刻技術的工藝。作為EUV設備獨一提供商，市場預估荷蘭ASML公司籍此EUV設備年增長率將超越66%。這個目的能否能完成?EUV工藝在開展過程中面臨哪些應戰(zhàn)?產(chǎn)業(yè)化進程中需求打破哪些瓶頸?
EUV設備讓摩爾定律再延伸三代工藝
光刻是集成電路消費過程中最復雜、難度最大也是最為關鍵的工藝，它對芯片的工藝制程起著決議性作用。193nm浸沒式光刻技術自2004年年底由臺積電和IBM公司應用以來，從90nm節(jié)點不斷延伸到10nm節(jié)點，閱歷了12年時間，是目前主流的光刻工藝。但是進入7nm工藝后，它的限制也越來越明顯，因而EUV工藝堂而皇之走上舞臺。
全球EUV光刻技術的研發(fā)始于20世紀80年代，經(jīng)過近40年的開展，EUV技術從原理到零部件再到原資料等曾經(jīng)足夠成熟，并且在現(xiàn)階段的產(chǎn)業(yè)應用中表現(xiàn)了較明顯優(yōu)勢。
研討院王珺在承受《中國電子報》記者采訪時表示，極紫外光(EUV)短于深紫外光(DUV)的波長，這讓EUV光刻技術的應用顯著提升了光刻機曝光分辨率，進而帶動晶體管特征尺寸的縮減。制造企業(yè)在28nm及以下工藝的處理計劃運用浸沒式和多重曝光技術。但是進入7nm工藝，DUV的多重曝光次數(shù)增長太多，讓制形成本、難度、良率、托付期限均顯著惡化。在關鍵層應用EUV光刻技術，從而減少曝光次數(shù)，進而帶來制形成本與難度的降低，這讓EUV光刻技術具備了足夠的消費價值。
“EUV光刻機在5nm及以下工藝具有不可替代性，在將來較長時間內應用EUV技術都將成為完成摩爾定律開展的重要方向?！蓖醅B說。因而，從工藝技術和制形成本綜合要素考量，EUV設備被普遍以為是7nm以下工藝節(jié)點最佳選擇，它能夠繼續(xù)往下延伸三代工藝，讓摩爾定律再至少延長10年時間。
DRAM存儲器將帶動EUV光刻機增長
在臺積電、三星、英特爾繼續(xù)持續(xù)摩爾定律停止工藝開展的帶動下，EUV光刻機的應用數(shù)量將持續(xù)提升。
王珺表示，從目前看，對EUV光刻技術具有明顯應用需求的芯片包括應用途理器、CPU、DRAM存儲器、基帶芯片。
半導體專家莫大康以為，ASML公司EUV設備產(chǎn)量若要進一步擴展，希望就落在存儲器廠商身上。他向《中國電子報》記者表示，目前看，EUV光刻機主要賣給三家公司：英特爾、三星和臺積電，其中臺積電訂得最多。他引見說，存儲器主要分為兩種：一種是DRAM，另一種是3D NAND。3D NAND目前的競爭主要集中在層數(shù)上，固然也需求工藝的先進性，但需求不那么迫切。而DRAM存儲器則不同，一方面其產(chǎn)量比擬大，另一方面若做到1Z(12～14nm)以下，就可能需求用到EUV光刻機了，屆時，存儲器廠商訂的EUV設備將有大的迸發(fā)。“但詳細時間，還要看市場需求以及廠商導入狀況。目前，ASML公司EUV設備一年的出貨量只要40多臺，遠遠未到達業(yè)界預期。”
EUV還需克制諸多應戰(zhàn)
現(xiàn)階段EUV光刻技術曾經(jīng)成熟，且進入產(chǎn)業(yè)化階段，但是在光刻機的光源效率、光刻膠的靈活度等方面仍然存在較大的進步空間。
有關人士指出，EUV光刻機除了價錢昂貴之外(超越1億美圓)，最大的問題是電能耗費，電能應用率低，是傳統(tǒng)193nm光刻機的10倍，由于極紫外光的波長僅有 13.5nm，投射到晶圓外表曝光的強度只要光進入EUV設備光路系統(tǒng)前的2%。在7nm本錢比擬中，7nm的EUV消費效率在80片/小時的耗電本錢是14nm的傳統(tǒng)光刻消費效率在240片/小時耗電本錢的1倍，這還不算設備置辦本錢和掩膜版設計制形成本比擬。
莫大康以為EUV工藝面臨三大應戰(zhàn)：首先是光源效率，即每小時辰幾片，依照工藝請求，要到達每小時250片，而如今EUV光源效率達不到這個規(guī)范，因而還需進一步進步，且技術難度相當大。其次是光刻膠，光刻膠的問題主要表現(xiàn)在：EUV光刻機和普通光刻機原理不同，普通光刻機采用投影停止光刻，而EUV光刻機則應用反射光，要經(jīng)過反光鏡，因而，光子和光刻膠的化學反響變得不可控，有時分會出過失，這也是迫切需求處理的難題。最后是光刻機維護層的透光資料，隨著光刻機精度越來越高，上面需求一層維護層，如今的資料還不夠好，透光率比擬差。
在以上三個應戰(zhàn)中，光源效率是最主要的。此外，EUV光刻工藝的良率也是障礙其開展的“絆腳石”。目前，采用普通光刻機消費的良率在95%，EUV光刻機的良率則比它低不少，在70%~80%之間。莫大康表示，處理上述問題，關鍵是訂單數(shù)量，只要訂單多了，廠商用的多了，才干吸收更多光源、資料等上下游企業(yè)共同參與，完善EUV產(chǎn)業(yè)鏈的開展。
王珺表示，EUV技術的研發(fā)與應用難度極高，將來完成進一步開展在全球范圍內將遵照競爭優(yōu)勢理論，各國和地域的供給商依托本身優(yōu)勢停止國際化產(chǎn)業(yè)整合。
?
