ASML EUV的最新進(jìn)展：2025年生產(chǎn)0.55 NA

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在 2022 SPIE 高級光刻會(huì )議上，ASML 介紹了 EUV 的最新進(jìn)展。SemiWiki作者Scotten Jones有機會(huì )與 ASML 的 Mike Lercel 一起回顧了演講。以下是他們討論的主要內容。

0.33 NA

0.33 NA EUV 系統是當今前沿光刻的生產(chǎn)主力系統。邏輯和 DRAM 的 0.33 NA 系統正在大批量生產(chǎn)。圖 1 說(shuō)明了邏輯和 DRAM（條）和晶圓每年（面積）暴露的 EUV 層數。作者指出，2021 年的邏輯值是 10 層以上 EUV 層的代工廠(chǎng) 5nm 工藝的典型值，2023 年的邏輯將與約 20 層的代工廠(chǎng) 3nm 工藝一致，DRAM 使用量目前約為 5 層。我向邁克詢(xún)問(wèn)了未來(lái)的 DRAM 曝光，他指出 DRAM 上有大約 8 個(gè)關(guān)鍵層，最終其中一些層可能需要多重圖案化，使每個(gè)晶圓的 EUV 曝光達到 10 個(gè)。

圖 1. EUV 采用率。

截至 2022 年第一季度，ASML 已出貨 136 個(gè) EUV 系統，約 7000 萬(wàn)個(gè)晶圓已曝光，見(jiàn)圖 2。

圖 2. 暴露的 EUV 晶圓數量。

系統可用性繼續提高，今天略低于 90%。新的 NXE:3600D 比 NXE:3400C 更好，并提供約 93% 的可用性。EUV 系統可用性正在接近 DUV 系統水平 (~95%)。

圖 3. 可用性。

NXE:3600D 系統每小時(shí)可生產(chǎn) 160 個(gè)晶圓 (wph)，速度為 30mJ/cm 2，比 NXE:3400C 高 18%。正在開(kāi)發(fā)的 NXE:3800E 系統最初將以 30mJ/cm 2的速度提供 >195 wph ，并在吞吐量升級后提供 220 wph。NXE:3600E 將在像差、重疊和吞吐量方面進(jìn)行漸進(jìn)式光學(xué)改進(jìn)。

圖 4. 吞吐量改進(jìn)。

NXE:3400C 的匹配機器覆蓋為 1.5nm，NXE:3600D 為 1.1nm。NXE:3600D 使用與最新 DUV 系統相同的全新 12 波長(cháng)對準系統，由于使用真空，只有一些材料差異。

ASML 路線(xiàn)圖包括 2025 年左右 >220wph 的 NXE:4000F，見(jiàn)圖 5。

圖 5. 系統路線(xiàn)圖。

Pellicles 現在實(shí)現了超過(guò) 90% 的傳輸，并且制造已轉移到三井。我不時(shí)遇到一些人認為 Pellicles 是未來(lái)的 EUV 產(chǎn)品，但 Pellicles 已經(jīng)在特定層上投入生產(chǎn)使用了一年多。

圖 6. 薄膜性能。

最后，對于 0.33 NA 系統，ASML 正致力于通過(guò)增加吞吐量和降低總能量來(lái)減少每次曝光所需的能量。

圖 7. 每次曝光的能量。

我們討論了 0.33 NA 系統的最終分辨率限制，理論上 0.33 NA 可以在單次曝光中產(chǎn)生 26nm，目前 Imec 正在研究 28nm 單次曝光，但尚未量產(chǎn)。

0.55 NA（High NA）

如前一節所述，0.33 NA EUV 正在大批量生產(chǎn)。領(lǐng)先的代工工藝現已達到 3nm“節點(diǎn)”，并且需要使用 0.33 NA EUV 進(jìn)行雙圖案化。通過(guò)將 NA 從 0.33 提高到 0.55，雙圖案層可以用單次曝光代替。

圖 8 說(shuō)明了 DUV 層數如何在工藝復雜性和多圖案化的驅動(dòng)下增長(cháng)，直到 0.33 NA EUV 取代了很多多圖案化。隨著(zhù) 0.33 NA EUV 多圖案使用的增長(cháng)，0.55 NA EUV 可以再次消除一些多圖案減少層數。

圖 8. 掩碼計數趨勢。

high NA 提供更好的圖像對數斜率，隨機缺陷是 3D，high NA 有助于減少缺陷。ASML 正在研究用于 EUV 的衰減相移掩模，以提高對比度和景深。它們將首先針對 0.33 NA 實(shí)施，然后再針對 0.55 NA 實(shí)施。

ASML 的路線(xiàn)圖將首個(gè)高 NA 系統 (EXE:5000) 安裝在 ASML 工廠(chǎng)的實(shí)驗室中，并于 2023 年與 Imec 聯(lián)合運行，以進(jìn)行初步評估。EXE:5000 系統應在 2024 年交付給客戶(hù)，生產(chǎn)型 EXE:5200 系統應在 2025 年左右交付給客戶(hù)用于生產(chǎn)使用，見(jiàn)圖 9。

圖 9. High NA 系統路線(xiàn)圖。

High-NA 的光學(xué)器件比 0.33 NA 的要大得多，需要獨特的設計方法。0.55 NA 系統將具有一個(gè)變形鏡頭系統，在一個(gè)方向上具有 4 倍的縮小率（與 0.33 NA 相同），在正交方向上具有 8 倍的縮小率。由于分劃板的尺寸和 8 倍的縮小，可打印區域尺寸在掃描方向上減半至 16.5nm，見(jiàn)圖 10。

圖 10. 變形鏡頭系統。

模擬顯示半場(chǎng)和全場(chǎng)曝光之間沒(méi)有方向差異。半場(chǎng)曝光可以與全場(chǎng)曝光對齊，這樣現有的 DUV 和 0.33 NA EUV 系統就可以與 0.55 NA 系統混合使用。如果需要大芯片，0.55 NA 半場(chǎng)曝光可以縫合在一起，可能帶有用于全局連接的小縫合邊界。

使用伯克利 X 射線(xiàn)光學(xué)中心和 Paul Scherrer 研究所的研究工具，ASML 已經(jīng)能夠展示低至 8 的高 NA EUV 分辨率，見(jiàn)圖 11。

圖 11. 8nm 線(xiàn)/空間。

0.55 NA 系統設計被分解為 4 個(gè)可獨立測試的子系統（見(jiàn)圖 12），2023 年進(jìn)入 ASML/Imec 實(shí)驗室的第一個(gè)曝光工具的組裝工作已經(jīng)開(kāi)始（見(jiàn)圖 13）。

圖 12. High NA 子系統。

圖 13. 0.55 NA 系統集成。

ASML 繼續致力于增加源功率，最近在研究中證明了超過(guò) 500 瓦。從歷史上看，研究開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)需要大約 2 年的時(shí)間。圖 14 說(shuō)明了隨時(shí)間變化的源功率。

圖 14. 源功率趨勢。

0.7 NA

在最近的一篇文章中，Tom Dillinger 討論了對 Intel 的 Mark Phillips 的采訪(fǎng)，Mark 提到 0.7 NA 是 0.55 NA 的繼任者。我對此感到驚訝，我認為 ASML 已經(jīng)排除了在 0.55 NA 之后開(kāi)發(fā)任何東西，因為 ASML 必須在 EUV 上進(jìn)行大量投資。Mike 說(shuō)，ASML 沒(méi)有排除 0.7 或更大的 NA 系統，他們正在研究它。他說(shuō)他們已經(jīng)排除了比當前 13.5nm 更短的波長(cháng)（作者指出，曾經(jīng)有人討論過(guò)更短的波長(cháng)系統 6.xnm）。他們確實(shí)希望任何新系統都可以空運，這限制了系統可以比 0.55 NA 系統大多少。

結論

0.33 NA EUV 系統現在是生產(chǎn)工作系統，不斷提高可用性和吞吐量。0.55 NA 系統預計將在 2025 年投入生產(chǎn)，分辨率更高，可簡(jiǎn)化流程。在0.55NA之外，ASML 正在尋找更高的 NA 系統。EUV 處于有利位置，可以在未來(lái)十年繼續推動(dòng)光刻分辨率。