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两大巨头开设EUV光刻实验室!

日前,荷兰光刻机巨头ASML与半导体大厂imec宣布,双方将在荷兰费尔德霍芬(Veldhoven)共同设立了一家高数值孔径(NA)极紫外线(EUV)光刻实验室,这被视为使用最先进技术大规模生产芯片的关键一步。

业界可以在这里利用最先进的光刻机TWINSCAN EXE:5000进行试验和优化芯片制造,有助于推动摩尔定律进入埃米(0.1纳米)时代。

该实验室经过多年的精心构建与集成,其开放也被视为高数值孔径EUV光刻机大批量生产准备的一个里程碑。业界预计,随着该技术的不断成熟和普及,将在2025-2026年期间迎来大规模的量产应用。

该实验室不仅为芯片制造商和供应商提供早期访问以进行工艺开发,还预示着随着高NA EUV技术的广泛引入和应用,将加速整个行业的学习曲线,为全球领先的逻辑和存储芯片制造商以及先进材料和设备供应商提供尖端技术支持。

双方表示,领先的芯片制造商将有机会率先获取此技术,以探索高数值孔径(NA)极紫外线(EUV)的潜在应用,并在其生产晶圆厂中采用相关扫描仪,从而降低技术风险。预计到2025-2026年间,其高NA EUV技术将实现大规模量产。

imec与ASML携手,致力于为领先的逻辑和存储芯片制造商提供高NA EUV原型扫描仪及周边配套工具,这包括但不限于涂层和开发轨道、精密的计量工具、晶圆和掩膜处理系统。双方还将为更广泛的材料和设备供应商生态系统,以及imec的高NA模式计划,提供宝贵的访问权限,以便他们共同推动技术的发展与创新。

这一联合运营的光刻实验室,配备了由imec提供的最前沿的光刻设备,旨在降低制造商在将新技术应用于实际生产流程前的风险。经过长时间的精心准备,实验室现已正式对外开放,展出了ASML的0.55 NA EUV光刻机原型,该设备能够打印出10纳米的密集线路。

自2018年起,这台数值孔径为0.55的NA EUV扫描仪及其基础设施的筹备工作便紧锣密鼓地展开。在这段时间里,ASML与蔡司携手合作,成功研发出针对高NA EUV扫描仪的专项解决方案,这些方案涉及光源、光学系统、透镜畸变校正、拼接技术、聚焦深度优化、边缘放置误差最小化以及覆盖精度的提升。

与此同时,imec也与其广泛的供应商网络保持紧密合作,精心打造了一个完整的图案生态系统,涵盖先进的抗蚀剂和底层材料开发、光罩设计、计量与检测技术、(变形)成像策略、光学接近校正(OPC)以及集成图案和蚀刻技术等关键领域。

经过一系列周密的准备,最近双方最近的准备工作取得了显著成果,成功实现了首次曝光,利用0.55 NA EUV原型扫描仪在Veldhoven的金属氧化物抗蚀剂(MORs)上首次打印出了10 nm密集线(20nm间距),这一成果标志着双方在高精度光刻领域取得了重要突破。

imec总裁兼首席执行官Luc Van den hove指出:“高NA EUV技术是光学光刻领域的一大飞跃,有望在单次曝光中实现20纳米间距的金属线/空间图案化,为下一代DRAM芯片的生产奠定坚实基础。与当前的多模式0.33 NA EUV系统相比,这一技术将显著提升产量,缩短生产周期,并降低碳排放。”

此前,ASML已公开展示了最新一代的High NA EUV光刻机。这款光刻机体积庞大,相当于一台双层巴士,重量更是高达150吨。据透露其售价高达3.5亿欧元(约合人民币27亿元),整个设备需要被分装在250个单独的板条箱中进行运输,之后再完成复杂的组装。

不久前,ASML在imec的ITF World 2024会议上宣布,其首款High-NA EUV光刻机已创下新的晶圆制造速度记录,超过了两个月前创下的记录。具体来看,新的High NA EUV光刻机晶圆生产速度达到了每小时400-500片晶圆,是当前标准EUV每小时200片晶圆的2-2.5倍的速度,即提升了100%-150%,将进一步提升产能,并降低成本。

这一设备依赖于激光驱动的光源,可以将晶体管中最复杂特征的尺寸减小到亚纳米级别,而无需改变创建图案的光源的波长。

光刻系统本质上是一个精密的投影体系。它运作时,光线会透过预设的图案蓝图(“掩模”)进行投射。值得注意的是,这份蓝图上的图案尺寸是芯片上预期图案的四倍。图案在光线中被编码后,系统的光学元件会进行缩放并精确地将图案聚焦至光敏硅片之上。一旦一层图案打印完毕,系统会精细地移动晶圆片,以便在其上再次复制相同的图案。

此流程将不断循环,直至整个晶圆片被图案完全覆盖,从而完成微芯片的一层制作。而要制造出完整的微芯片,这一流程需要重复多达一百次甚至更多,层层叠加,形成完整的图案结构。值得强调的是,所需打印的分辨率大小会根据不同的层而有所不同,因此,会根据实际需求选择不同类型的光刻系统——从用于最小分辨率的最新一代EUV系统,到用于最大分辨率的传统DUV系统。

ASML最近刚退休不久的首席执行官Peter Wennink早在2018年就预测,高NA极紫外光刻技术将在本十年中期大批量生产,随后在半导体材料内部出现“低NA”和“高NA”层的混合物。另外,ASML前总裁兼首席技术官Martin van den Brink还提议,该公司可以开发超数值孔径(hyper NA)芯片制造工具,以进一步扩大其高数值孔径机器的规模,并分享了潜在的路线图。

除了ASML自己在进行High NA EUV光刻机的测试之外,目前唯一安装完成High NA EUV光刻机的英特尔,也在美国俄勒冈州的D1X工厂投入测试工作。预计将在Intel 18A节点制程上进行技术的研发与训练工作,之后再将其投入到Intel 14A节点制程的大量生产当中。另外,台积电的竞争对手英特尔和三星电子,都已在这一领域有所行动。

2024年4月,英特尔宣布完成组装世界首台ASML High NA EUV光刻机,这款设备价值约3.8亿美元,可用于制造更小制程的芯片。

目前ASML在光刻机设备领域占据主导地位,也是唯一能够制造EUV光刻机的厂商,每年生产高数值孔径(NA) EUV设备的能力约为5-6台。在芯片制造商中,截至目前只有台积电、三星、英特尔以及SK海力士拥有ASML的EUV光刻机。

据统计,ASML目前已经接到了十几台High NA EUV光刻机订单。此前有外媒曝出,ASML今年计划生产5台高NA EUV光刻设备,而这些设备将全部供应给英特尔,而三星和SK海力士则必须等到2025年下半年才能获得此类设备。

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