孔徑數從 0.33 到 0.7,一手掌握 ASML EUV 發展布局

作者 | 發布日期 2022 年 06 月 30 日 14:15 | 分類 半導體 , 晶圓 , 材料、設備 line share follow us in feedly line share
孔徑數從 0.33 到 0.7,一手掌握 ASML EUV 發展布局


SemiWiki 報導,2022 SPIE 高階微影曝光大會,極紫外光微影設備(EUV)大廠艾司摩爾(ASML)介紹 EUV 最新進展,外界可了解 EUV 發展過程及未來發展計畫,將對半導體先進製程發展有關鍵影響力。

ASML 介紹,目前孔徑數 0.33 EUV 是半導體先進製程主力,先進邏輯和 DRAM都使用 0.33 EUV 系統生產。以典型 5 奈米製程為例,2021 年邏輯晶片應用到 10 層以上 EUV 光罩,2023 年 3 奈米製程量產就會用到 20 層 EUV 光罩,DRAM 目前 EUV 光罩數約 5 層,不久後 DRAM 約使用 8 層 EUV 光罩。部分曝光需多重圖像化,每個晶圓光罩使用數可能達 10 層。

邏輯晶片與 DRAM 逐漸廣泛換用 EUV 設備,截至第一季 ASML 出貨 136 個 EUV 系統,為約 7,000 萬片晶圓曝光微影。隨著半導體製程越來越需要 EUV 設備,讓 EUV 推陳出新,可靠度也提升。ASML 表示,NXE:3400C 可靠度低於 90%,新一代 NXE:3600D 能達 93%,接近深紫外光曝光(DUV)微影設備 95% 可靠度。NXE:3600D 每小時可生產 160 片晶圓,速度為 30mJ/cm²,比 NXE:3400C 高 18%。正在開發的 NXE:3800E 初期能達 30mJ/cm²,約每小時 195 片晶圓產能,最後會提升到每小時 220 片晶圓。

可看出 ASML 孔徑數 0.33 EUV 微影曝光設備領域,正在努力改進產能與產品功耗,到 2025 年推出約每小時產能 220 片的 NXE:4000F。ASML 也持續生產 EUV 產能,預計增加 10%~20% 產能,2025 年交貨首部 NXE:4000F 曝光微影設備。

ASML 努力增產孔徑數 0.33 EUV 時,也同時開發下一代孔徑數 0.55 High-NA EUV 曝光微影設備。資料指出孔徑數 0.33 High-NA EUV 從 2010 年原型機問世到 2019 年量產機出貨大約用了 10 年時間。所以,如果相關報導屬實,那就代表著孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 設備從 2023 原型機問世到 2026 年量產機出貨已縮短不少時間,只要三年就能交貨給客戶。英特爾表示 2025 年使用孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 設備,台積電也宣布 2026 年使用孔徑數 0.55 High-NA EUV 設備。

0.55 High-NA EUV 光學元件要比 0.33 EUV 大得多,需獨特設計法。0.55 High-NA EUV 有變形鏡頭系統,一個方向有與 0.33 EUV 相同的 4 倍縮小率,正交方向有 8 倍縮小率。由於 reticle 尺寸和 8 倍縮小率,曝光微影區域尺寸掃描方向可減半至 16.5 奈米。

為了更快推動 0.55 High-NA EUV 使用,ASML 和許多研究機構企業攜手,Imec 就是重要合作夥伴。Imec 執行長 Luc Van den hove 表示,Imec 與 ASML 合作開發 High-NA EUV 技術,ASML 也發展 0.55 High-NA EUV 首部 EXE:5000 系統原型機。EXE:5000 系統與現有 EUV 系統相比,能減少曝光顯影次數,達成 2 奈米以下邏輯晶片的關鍵特徵圖像化。

為了建立 0.55 High-NA EUV 設備生態系,Imec 持續提升 0.33 EUV 微影技術投影解析度,預測光阻劑塗層薄化後成像表現,達成微縮線寬、導線間距及接點精密圖案轉移等。Imec 也持續攜手材料供應商,一同展示新興光阻劑與塗底材料的測試結果,以期 High-NA EUV 製程有優異的成像品質。

Imec 還提出新製程專用顯影與蝕刻解決方案,以減少微影圖像缺陷與隨機損壞率。從描述可看到,0.55 High-NA EUV 需更新的不只對應曝光系統,還需光罩、光阻劑疊層和圖案轉移技術等方面同時進行,才能讓新設備成功量產。使用 0.55 High-NA EUV 需升級的不但 EUV 系統本身,還需光罩、光阻劑和圖案轉移技術等齊頭並進,才能讓新設備應用成為可能。

0.55 High-NA EUV 還在發展接段,英特爾 Mark Phillips 已提到 0.7 EUV 是否成為 0.55 EUV 繼任者的可能性。雖然 ASML 排除 0.55 High-NA EUV 後開發任何新產品,因 ASML 必須大量投資 EUV 開發,但 Mark Phillips 指出,ASML 還沒完全排除 0.7 或更大孔徑數 EUV 系統開發的可能,也還在評估研究階段。

總結 0.55 EUV 是現在半導體先進製程的主要系統,其他系統也在提升可靠度與產能。至於 0.55 High-NA EUV,ASML 還在研發,2025 年量產,有更高解析度,幫助半導體先進製程簡化程序以降低生產成本。更高孔徑數 EUV 目前還在研究,10 年後才有機會在產線看到。

(首圖來源:ASML)