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EUV光刻机走到尽头?

时间:2022-09-30 17:39   来源: 网络
EUV光刻机走到尽头?

近日,全球最大的光刻机设备供应商荷兰ASML的首席技术官马丁·范登·布林克(Martin van den Brink)表示,ASML正在有条不紊地进行之前制定的路线图,接下来EUV技术将升级为高NA EUV技术,第一台高NA EUV光刻机将于明年交付客户。然而,马丁·范登·布林克对高NA技术后的Hyper-NA持怀疑态度,因为技术难度已经大大提高,导致制造和使用成本高得惊人,可能不会投入生产。有了这个约束,马丁·范登·布林克指出:“高NA技术很可能成为EUV光刻术的终结,半导体光刻术的道路已经走到了尽头。”

新一代高NA EUV光刻机将于明年交付。

长期以来,EUV光刻机一直是先进制造工艺延续的必要设备。作为全球最大的光刻机设备供应商,也是全球唯一能够提供EUV光刻机的设备供应商,ASML已经收到了各大半导体制造商的大量订单。因此,去年,ASML已经两次提高了生产目标,希望到2025年,年出货量达到600套左右的DUV光刻机和90套EUV(极紫外)光刻机。因此,在市场研究机构CINNO Research发布的2022年上半年全球上市公司半导体设备业务收入Top10报告中,ASML排名第二。

在EUV技术方面,根据ASML之前制定的路线图,EUV技术将升级到高NA EUV技术。据马丁·范登·布林克(Martin van den Brink)称,开发高NA EUV技术的最大挑战是为EUV光学公司建造计量工具,配备两倍于上一代产品大小的镜子,其平面度需要控制在20皮米以内。另外还需要在能装下半个公司的真空容器里验证。这个容器位于蔡司,ASML预计明年得到它的第一个镜头。

与配备0.33数值孔径透镜的EUV系统相比,高NA EUV光刻系统将提供0.55数值孔径,具有更高精度、更高分辨率的图案化和更小的晶体管特征。预计ASML将于明年向客户交付第一台高NA EUV光刻机。交货后,EUV光刻机将不再是最先进的设备,理论上可以实现免费送货。

TSMC负责RD和技术的高级副总裁Y.J.Mii博士此前透露,TSMC将于2024年采购ASML的高NA EUV光刻机,目标是2025年量产2nm工艺技术。

英特尔也已经下了订单,谁将获得第一台高NA EUV光刻机仍是一个悬念。

并且售价和功耗将进一步增加。

虽然高NA EUV光刻机的强大性能可以将先进工艺推向下一阶段,但也大大增加了成本。

首先,价格。新一代高NA EUV光刻机的价格预计将超过3亿美元,约为传统EUV光刻机的三倍。这意味着TSMC和其他主要制造商的设备成本将再次上升。

其次是功耗,EUV光刻机是耗电大户,随着高NA EUV光刻机对光源的需求大大增加,功耗也将从1.5 MW增加到2 MW。另外还需要水冷铜线供电。

目前,TSMC已经安装了超过80台EUV光刻机。此前,四个EUV光刻机单位已经关闭,由于沉重的电费负担。他们还计划在2023年提高先进技术的OEM价格,以减轻财务负担。

这也是马丁·范登·布林克不看好下一代EUV光刻技术——Hyper-NA EUV的根本原因。虽然理论上Hyper-Na EUV光刻可以提供0.75左右的数值孔径,但其技术难度会大大增加,导致其制造和使用成本高得惊人,而且可能不会投入生产,性价比基本没有

因此,受此约束,马丁·范登·布林克大胆预言:“如果不能解决成本控制问题,高NA技术很可能成为EUV光刻术的末日,半导体光刻术之路也将走到尽头。”

北京半导体行业协会副秘书长朱静表示,未来更先进的制造工艺很可能得不到大规模增量市场的支持,比如手机、PC、数据中心,已经无法支撑Hyper-NA EUV光刻机的巨额RD投资。另外,能耗也承受不了。除非元宇宙、区块链等新场景的渗透率快速提升,对先进技术的需求快速增加,否则,高NA光刻将是EUV光刻的末日。

EUV光刻术的优势并不能保证新技术有更大的潜力。

随着EUV光刻机暴露出越来越多的问题,越来越多的企业和高校想尽办法绕道而行。目前已经出现了很多技术。

9月21日,美国原子级精密制造工具纳米技术公司Zyvex Labs宣布推出全球分辨率最高的光刻系统“ZyvexLitho1”,该系统基于STM扫描隧道显微镜,采用EBL电子束光刻技术。可以制造线宽0.7 nm的芯片,相当于2个硅原子的宽度。是目前制造精度最高的光刻系统。

据悉,ZyvexLitho1光刻系统的高精度光刻可用于实验室阶段高端工艺技术的产品研发,是对传统芯片制造所需的掩膜版对准器的应用补充。主要可用于制造高精度量子计算机的相关芯片,如高精度固态量子器件、纳米器件、材料等,对半导体产业的发展有很大的促进作用。目前,Zyvex实验室已经开始接受订单。据悉,6个月内可发货。

至于这种新的光刻系统是否会威胁到EUV光刻的统治地位,赛迪顾问集成电路产业研究中心的一流咨询专家池先念说:“短期内不会。”池先念认为ZyvexLitho1是一种利用电子束曝光作为光刻手段的设备,其工作原理与传统的光刻机有明显的不同。它通过电子束改变光刻胶的溶解性,最终选择性去除曝光或未曝光区域。其优点是可以绘制出分辨率在10 nm以下的自定义图形,属于无掩模光刻直写的工作模式,精度远高于目前传统的光刻机。但由于这类设备的单品光刻机工作时间从几个小时到十几个小时不等,工作效率有待进一步提高,不会很快取代EUV光刻机。

此外,还有多电子束直写光刻机、定向自组装(DSA)、纳米压印光刻(NIL)等多种技术作为候选。其中,MEB广泛应用于掩膜制造,其分辨率可达2 nm。在未来,MEB将被用来直接在晶片上描绘图案,而不需要借助掩模板。DSA采用两种高分子材料定向生长进行加工,对材料控制要求高,生长缺陷大。目前还不能真正用于生产,但可以以极高的分辨率兼顾处理速度要求。

零技术也被认为是最好的选择。据了解,NIL技术是将纳米电路图案刻在特制的“图章”上,然后将电路图案“压印”在晶圆上,就像压印一样。因为没有镜头,NIL技术比EUV便宜很多。根据佳能等厂商发布的消息,NIL的耗电量可以降低到EUV生产模式的10%,设备投入也将降低到40%。

日本半导体制造商Chixia从2017年开始与佳能和其他半导体公司合作开发NIL的量产技术,并成功掌握了15nm量产技术。目前正在进行15nm以下技术的研发,预计2025年实现,精度5nm。

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