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华为李小龙详解EUV光刻工艺:光刻设备波长从193nm缩短到10nm

2019-09-09 14:22:32     来源:快科技

9月7日,华为手机产品线副总裁李小龙在微博科普了一番麒麟990 5G使用的EUV(极紫外线)光刻工艺。


华为李小龙详解EUV光刻工艺:光刻设备波长从193nm缩短到10nm


李小龙赞叹道:“这次发布的麒麟990 5G使用了EUV(极紫外线)光刻工艺,光刻设备的波长从之前的193纳米缩短到了10几纳米,这在半导体领域是非常大的一个突破。正是基于这项技术,我们才能够在约200mm2的面积下集成了103亿颗晶体管,几乎比上一代产品增加了一半。”


但EUV究竟是什么呢?李小龙推荐了一篇科普文章,感兴趣的读者可以前往围观,简单来说,EUV是极紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography)的缩写,常称作EUV光刻,它以波长为10-14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术。


麒麟990 5G采用了台积电的7nm+EUV工艺,此前有消息称,苹果的A13也已经锁定台积电7nm+。


此外台积电还透露,正稳步推进下一代5nm工艺,全面应用EUV技术,已经开始风险性试产,预计2020年第一季度量产。另外台积电还有个过渡性质的6nm工艺,基于7nm改进而来,预计2020年第一季度试产,非常适合现有7nm工艺用户直接升级。


EUV光刻机将如何发展?


AI、5G应用推动芯片微缩化,要实现5nm、3nm等先进制程,意味着需要更新颖的技术支援以进行加工制造,半导体设备商遂陆续推出新一代方案。AI、5G应用推动晶片微缩化,要实现5nm、3nm等先进制程,意味着需要更新颖的技术支援以进行加工制造,为此,艾司摩尔(ASML)持续强化极紫外光(EUV)微影系统效能。


艾司摩尔(ASML)资深市场策略总监Boudewijn Sluijk表示,VR/AR、自动驾驶、5G、大数据及AI等,持续推动半导体产业发展,为满足各式应用、资料传输,以及演算法需求,芯片效能不断提高的同时,还须降低成本,而极紫外光(EUV)在先进制程中便扮演关键的角色。


Sluijk进一步指出,过往采用ArFi LE4 Patterning或是ArFi SAQP进行曝光的话,要实现7nm、5nm,须经过许多步骤。例如用ArFi LE4 Patterning需要4个光罩、4次曝光,用ArFi SAQP需要6个光罩、9次曝光,而EUV只需一个光罩、1次曝光。相较之下,采用EUV技术不但可有效简化制程,加快产品设计时程,也因为曝光次数明显减少,因而可有效降低成本,满足晶片设计高效能、低成本的需求,因此,市场对于EUV的需求有增无减。


华为李小龙详解EUV光刻工艺:光刻设备波长从193nm缩短到10nm


据悉,ASML的EUV系统现在可用于7nm生产,满足客户对可用性、产量和大量生产的需求。到了2019第2季季末,目前半导体领域已经有51个EUV系统(包含NXE:33xx、NXE:3400B),而该公司在2019年的销售目标为30台EUV,目前已出货11台,而在第2季再度接获10台EUV极紫外光系统的订单,显示市场对于EUV设备的需求相当强劲。因此,ASML的出货计画将着重于2019年下半年和第4季,而2019年的整体营收目标维持不变。


然而,随着晶圆产能不断增加,ASML也持续推出生产力更高的EUV设备。Sluijk透露,目前EUV系统在晶圆厂客户端每天生产的晶圆数量超过1,000片,为此,ASML持续强化EUV微影系统「NXE:3400C」的量产效能,不仅在ASML厂内展示每小时曝光超过170片晶圆的实力,在客户端实际生产记忆体芯片的制造条件下,也成功达到每天曝光超过2,000片晶圆的成果,甚至达到2,200片的纪录。另外,ASML也计画在2020上半年推出生产力更高的设备,将NXE:3400C的生产率提升至>185 wph。


同时,除了提升设备生产量之外,因应未来先进节点,ASML也计划推出全新EUV设备,名称为EXE,不仅拥有新颖的光学设计和明显更快的平台,且数值孔径更高,为0.55(High-NA),进一步将EUV平台延伸至3nm节点以下,扩展EUV在未来先进节点中的价值。


Sluijk说明,此一产品将使几何式晶片微缩(Geometric Chip Scaling)大幅跃进,其所提供的分辨率和微影叠对(Overlay)能力比现有的NXE:3400高上70%。EXE平台旨在实现多种未来节点,首先从3奈米开始,接着是密度相近的记忆体节点。另外,EXE平台有着新颖的光学设计,并具备更高的生产力和更高的对比度,以及更高的生产量,每个小时>185 wph,且Reticle stage比NXE:3400快上4倍;Wafer stage比NXE:3400快上2倍。


Sluijk指出,该公司的EUV平台扩展了客户的逻辑芯片和DRAM的产品路线图,透过提供更好的分辨率、更先进的性能,以及逐年降低的成本,EUV产品将会在未来十年到达一个经济实惠的规模。


关于EUV:


远紫外线光刻技术(extreme ultraviolet )。


华为李小龙详解EUV光刻工艺:光刻设备波长从193nm缩短到10nm


市场的殷切需求和技术节点的不断进步仿佛是悬在光刻技术头顶的“利剑”,虽然不至于“随时冷汗涔涔”,但是在某种程度上督促着光刻要永远走在前面。商品化光刻机分辨率从1.0μm到0.1μm的演变过程和光源波长从436nm(G-line),经历356nm(I-line)和248nm(KrF),到如今193nm(ArF)的过程;NA从0.35经历了0.45、0.55、0.6到0.85;K1因子的变化由0.8~0.4。20世纪末开始,微处理器和DRAM特征尺寸的缩减呈现了加速和偏离摩尔定律的趋势,这更加速了光刻机的变革步伐。然而,短波光学系统设计加工及相关材料的开发、NA的继续增加和K1的不断减小正面临着一系列的挑战。例如:大NA光学系统将导致焦深的减少,造成工件台和环境的控制更加苛刻,要求物镜波面差更小;较低的K1导致掩膜误差因子的增大,造成复制图形精度和保真度的下降。

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