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日前，荷蘭光刻機巨頭ASML與半導體大廠imec宣布，雙方將在荷蘭費爾德霍芬(Veldhoven)共同設(shè)立了一家高數(shù)值孔徑(NA)極紫外線(EUV)光刻實驗室，這被視為使用先進技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)芯片的關(guān)鍵一步。
業(yè)界可以在這里利用先進的光刻機TWINSCAN EXE:5000進行試驗和優(yōu)化芯片制造，有助于推動摩爾定律進入埃米(0.1納米)時代。
該實驗室經(jīng)過多年的精心構(gòu)建與集成，其開放也被視為高數(shù)值孔徑EUV光刻機大批量生產(chǎn)準備的一個里程碑。業(yè)界預計，隨著該技術(shù)的不斷成熟和普及，將在2025-2026年期間迎來大規(guī)模的量產(chǎn)應用。
該實驗室不僅為芯片制造商和供應商提供早期訪問以進行工藝開發(fā)，還預示著隨著高NA EUV技術(shù)的廣泛引入和應用，將加速整個行業(yè)的學習曲線，為全球的邏輯和存儲芯片制造商以及先進材料和設(shè)備供應商提供技術(shù)支持。
雙方表示，芯片制造商將有機會獲取此技術(shù)，以探索高數(shù)值孔徑(NA)極紫外線(EUV)的潛在應用，并在其生產(chǎn)晶圓廠中采用相關(guān)掃描儀，從而降低技術(shù)風險。預計到2025-2026年間，其高NA EUV技術(shù)將實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
imec與ASML攜手，致力于為領(lǐng)先的邏輯和存儲芯片制造商提供高NA EUV原型掃描儀及周邊配套工具，這包括但不限于涂層和開發(fā)軌道、精密的計量工具、晶圓和掩膜處理系統(tǒng)。雙方還將為更廣泛的材料和設(shè)備供應商生態(tài)系統(tǒng)，以及imec的高NA模式計劃，提供寶貴的訪問權(quán)限，以便他們共同推動技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。
這一聯(lián)合運營的光刻實驗室，配備了由imec提供的前沿的光刻設(shè)備，旨在降低制造商在將新技術(shù)應用于實際生產(chǎn)流程前的風險。經(jīng)過長時間的精心準備，實驗室現(xiàn)已正式對外開放，展出了ASML的0.55 NA EUV光刻機原型，該設(shè)備能夠打印出10納米的密集線路。
自2018年起，這臺數(shù)值孔徑為0.55的NA EUV掃描儀及其基礎(chǔ)設(shè)施的籌備工作便緊鑼密鼓地展開。在這段時間里，ASML與蔡司攜手合作，成功研發(fā)出針對高NA EUV掃描儀的專項解決方案，這些方案涉及光源、光學系統(tǒng)、透鏡畸變校正、拼接技術(shù)、聚焦深度優(yōu)化、邊緣放置誤差最小化以及覆蓋精度的提升。
與此同時，imec也與其廣泛的供應商網(wǎng)絡(luò)保持緊密合作，精心打造了一個完整的圖案生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋先進的抗蝕劑和底層材料開發(fā)、光罩設(shè)計、計量與檢測技術(shù)、(變形)成像策略、光學接近校正(OPC)以及集成圖案和蝕刻技術(shù)等關(guān)鍵領(lǐng)域。
經(jīng)過一系列周密的準備，最近雙方最近的準備工作取得了顯著成果，成功實現(xiàn)了首次曝光，利用0.55 NA EUV原型掃描儀在Veldhoven的金屬氧化物抗蝕劑(MORs)上首次打印出了10 nm密集線(20nm間距)，這一成果標志著雙方在高精度光刻領(lǐng)域取得了重要突破。
imec總裁兼首席執(zhí)行官Luc Van den hove指出：“高NA EUV技術(shù)是光學光刻領(lǐng)域的一大飛躍，有望在單次曝光中實現(xiàn)20納米間距的金屬線/空間圖案化，為下一代DRAM芯片的生產(chǎn)奠定堅實基礎(chǔ)。與當前的多模式0.33 NA EUV系統(tǒng)相比，這一技術(shù)將顯著提升產(chǎn)量，縮短生產(chǎn)周期，并降低碳排放。”
此前，ASML已公開展示了最新一代的High NA EUV光刻機。這款光刻機體積龐大，相當于一臺雙層巴士，重量更是高達150噸。據(jù)透露其售價高達3.5億歐元(約合人民幣27億元)，整個設(shè)備需要被分裝在250個單獨的板條箱中進行運輸，之后再完成復雜的組裝。
不久前，ASML在imec的ITF World 2024會議上宣布，其首款High-NA EUV光刻機已創(chuàng)下新的晶圓制造速度記錄，超過了兩個月前創(chuàng)下的記錄。具體來看，新的High NA EUV光刻機晶圓生產(chǎn)速度達到了每小時400-500片晶圓，是當前標準EUV每小時200片晶圓的2-2.5倍的速度，即提升了100%-150%，將進一步提升產(chǎn)能，并降低成本。
這一設(shè)備依賴于激光驅(qū)動的光源，可以將晶體管中最復雜特征的尺寸減小到亞納米級別，而無需改變創(chuàng)建圖案的光源的波長。
光刻系統(tǒng)本質(zhì)上是一個精密的投影體系。它運作時，光線會透過預設(shè)的圖案藍圖(“掩模”)進行投射。值得注意的是，這份藍圖上的圖案尺寸是芯片上預期圖案的四倍。圖案在光線中被編碼后，系統(tǒng)的光學元件會進行縮放并精確地將圖案聚焦至光敏硅片之上。一旦一層圖案打印完畢，系統(tǒng)會精細地移動晶圓片，以便在其上再次復制相同的圖案。
此流程將不斷循環(huán)，直至整個晶圓片被圖案完全覆蓋，從而完成微芯片的一層制作。而要制造出完整的微芯片，這一流程需要重復多達一百次甚至更多，層層疊加，形成完整的圖案結(jié)構(gòu)。值得強調(diào)的是，所需打印的分辨率大小會根據(jù)不同的層而有所不同，因此，會根據(jù)實際需求選擇不同類型的光刻系統(tǒng)——從用于最小分辨率的最新一代EUV系統(tǒng)，到用于最大分辨率的傳統(tǒng)DUV系統(tǒng)。
ASML最近剛退休不久的首席執(zhí)行官Peter Wennink早在2018年就預測，高NA極紫外光刻技術(shù)將在本十年中期大批量生產(chǎn)，隨后在半導體材料內(nèi)部出現(xiàn)“低NA”和“高NA”層的混合物。另外，ASML前總裁兼首席技術(shù)官Martin van den Brink還提議，該公司可以開發(fā)超數(shù)值孔徑(hyper NA)芯片制造工具，以進一步擴大其高數(shù)值孔徑機器的規(guī)模，并分享了潛在的路線圖。
除了ASML自己在進行High NA EUV光刻機的測試之外，目前唯一安裝完成High NA EUV光刻機的英特爾，也在美國俄勒岡州的D1X工廠投入測試工作。預計將在Intel 18A節(jié)點制程上進行技術(shù)的研發(fā)與訓練工作，之后再將其投入到Intel 14A節(jié)點制程的大量生產(chǎn)當中。另外，臺積電的競爭對手英特爾和三星電子，都已在這一領(lǐng)域有所行動。
2024年4月，英特爾宣布完成組裝世界首臺ASML High NA EUV光刻機，這款設(shè)備價值約3.8億美元，可用于制造更小制程的芯片。
目前ASML在光刻機設(shè)備領(lǐng)域占據(jù)主導地位，也是唯一能夠制造EUV光刻機的廠商，每年生產(chǎn)高數(shù)值孔徑(NA) EUV設(shè)備的能力約為5-6臺。在芯片制造商中，截至目前只有臺積電、三星、英特爾以及SK海力士擁有ASML的EUV光刻機。
據(jù)統(tǒng)計，ASML目前已經(jīng)接到了十幾臺High NA EUV光刻機訂單。此前有外媒曝出，ASML今年計劃生產(chǎn)5臺高NA EUV光刻設(shè)備，而這些設(shè)備將全部供應給英特爾，而三星和SK海力士則必須等到2025年下半年才能獲得此類設(shè)備。
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