Imec與ASML聯(lián)手，EUV成主流技術(shù)工具

　　日前，有消息稱(chēng)，比利時(shí)研究機構Imec和微影設備制造商ASML計劃成立一座聯(lián)合研究實(shí)驗室，共同探索在后3nm邏輯節點(diǎn)的奈米級元件制造藍圖。此次雙方這項合作是一項為期五年計劃的一部份，分為兩個(gè)階段：

　　首先是開(kāi)發(fā)并加速極紫外光(EUV)微影技術(shù)導入量產(chǎn)，包括最新的EUV設備準備就緒。

　　其次將共同探索下一代高數值孔徑(NA)的EUV微影技術(shù)潛力，以便能夠制造出更小型的奈米級元件，從而推動(dòng)3nm以后的半導體微縮。

　　極紫外光(EUV)微影技術(shù)

　　EUV光刻也叫極紫外光刻，它以波長(cháng)為10-14 nm的極紫外光作為光源的光刻技術(shù)。具體為采用波長(cháng)為13.4nm 的軟x射線(xiàn)。極紫外線(xiàn)就是指需要通過(guò)通電激發(fā)紫外線(xiàn)管的K極然后放射出紫外線(xiàn)。

　　光刻技術(shù)是現代集成電路設計上一個(gè)最大的瓶頸?，Fcpu使用的45nm、32nm工藝都是由極紫外光液浸式光刻系統來(lái)實(shí)現的，但是因受到波長(cháng)的影響還在這個(gè)技術(shù)上有所突破是十分困難的，但是如采用EUV光刻技術(shù)就會(huì )很好的解決此問(wèn)題，很可能會(huì )使該領(lǐng)域帶來(lái)一次飛躍。涉及到生產(chǎn)成本問(wèn)題，由于極紫外光刻是目前能力最強且最成熟的技術(shù)，能夠滿(mǎn)足精確度和成本要求，所以其工藝的延伸性非常強，很難被取代。因而在光刻技術(shù)方面，在22/20nm的節點(diǎn)上，主要幾家芯片廠(chǎng)商也將繼續使用極紫外光液浸式光刻系統的雙重成像技術(shù)。

　　價(jià)格昂貴且延遲已久的EUV系統將成為主流工具?

　　臺積電、英特爾都把研發(fā)主力寄望于，這臺史上最昂貴的工具機，認為EUV在2017年開(kāi)始試產(chǎn)的7nm制程將大發(fā)神威，成為主力機種。全球每年生產(chǎn)上百億片的手機晶片、記憶體，數十年來(lái)都仰賴(lài)程序繁瑣，但原理與沖洗照片類(lèi)似的曝光顯影制程生產(chǎn)。其中以投射出電路圖案的微影機臺最關(guān)鍵、也最昂貴。

　　過(guò)去十多年，全球最先進(jìn)的微影機，都采用深紫外光，然而英特爾、臺積電量產(chǎn)的最先進(jìn)電晶體，大小已細小到僅有10 nm左右。而波長(cháng)僅有13nm的EUV，依照該技術(shù)的主要推動(dòng)者英特爾規劃，2005年就該上陣，量產(chǎn)時(shí)程卻一延再延。主要是因為這個(gè)技術(shù)實(shí)在太難了。EUV光線(xiàn)的能量、破壞性極高，制程的所有零件、材料，樣樣挑戰人類(lèi)工藝的極限。例如，因為空氣分子會(huì )干擾EUV光線(xiàn)，生產(chǎn)過(guò)程得在真空環(huán)境。而且，機械的動(dòng)作得精確到誤差僅以皮秒(兆分之一秒)計。

　　最關(guān)鍵零件之一，由德國蔡司生產(chǎn)的反射鏡得做到史無(wú)前例的完美無(wú)瑕，瑕疵大小僅能以皮米計。因為EUV的技術(shù)難度、需要的投資金額太高，另外兩大微影設備廠(chǎng)──日本的Nikon和佳能，都已放棄開(kāi)發(fā)。

　　各企業(yè)正破解難題，攻克EUV技術(shù)缺陷

　　ASML儼然成為半導體業(yè)能否繼續沖刺下一代先進(jìn)制程，開(kāi)發(fā)出更省電、運算速度更快的晶圓體的最后希望。因此，三年前，才會(huì )出現讓ASML聲名大噪的驚天交易。

　　英特爾、臺積電、三星等彼此競爭的三大巨頭，竟聯(lián)袂投資ASML41億、8.38億、5.03億歐元。(臺積電已于今年五月出售ASML的5%持股，獲利214億臺幣)于是，ASML研發(fā)經(jīng)費倍增到現在的每年十三億歐元的規模。多出的一倍，ASML自己出一半，三大半導體巨頭合出另一半。

　　前英特爾(Intel)微影技術(shù)專(zhuān)家Yan Borodovsky預期，業(yè)界工程師應該能夠使用EUV步進(jìn)機進(jìn)行2-3次曝光，打造出5nm或甚至是3nm組件。隨著(zhù)芯片缺陷的不斷上升，最終將迫使工程師們采用新的容錯處理器架構，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。

　　最近的缺陷突然出現在15nm左右的關(guān)鍵尺寸上，而這是針對2020年代工工藝制造5nm芯片所需的技術(shù)節點(diǎn)。因此EUV制造商ASML也正在準備可印制更精細幾何尺寸的下一代EUV系統，但這些系統預計要到2024年之后才會(huì )推出。