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            高數值孔徑 EUV 可能是ASML的最后一代光刻機

            2022-10-10 12:32:51 來源:EETOP

            ASML 首席技術官 Martin van den Brink 認為,經過數十年的光刻技術創新,高數值孔徑 EUV(high-NA )可能會成為終點。

            圖片

            ASML 處于高度戒備狀態。去年,該公司兩次提高了生產目標:它希望到 2025 年出貨約 600  DUV  90  EUV 光刻機,而去年分別為不到 200 臺和 35 臺。由于持續的芯片短缺,交付問題每天都在發生。更不用說像今年年初柏林工廠發生火災這樣的挫折,這使 EUV 晶圓夾具的生產暫時癱瘓。

            盡管如此,Martin van den Brink 還是很滿足和放松的。盡管EUV 光刻機的生產力還沒有達到客戶的預期,但幾年來,EUV 光刻機已經成為世界上最先進芯片的生產過程中不可或缺的一部分。經過比計劃多十年的努力,這讓我松了一口氣。

            最新一代的 EUV 設備高 NA 系統的開發也進展順利?!敖裉煜挛缥覅⒂^了工廠車間。那臺機器是我職業生涯中的一大亮點?!?Brink在他的辦公室里說道,其中展出了一系列平版印刷制品。根據 ASML 的路線圖,世界上第一臺高 NA 光刻機的交付日期是明年某個時候,Brink認為這個目標將會實現,盡管供應鏈問題仍可能會打亂時間。

            事實證明,Brink甚至或多或少地規劃了未來十年的技術路線。這可能是他對 ASML 的最后一次戰略貢獻,因為Brink預計將于 2024 年退休。

            無論如何,現在Brink的任何事情似乎都是可以管理的——幾乎一切照舊,對于一家組裝世界上最復雜的生產機器的公司來說,這是可能的。

            微不足道

            五年前van den Brink與他的來訪者交談時,他的心情同樣好。在仍然需要所有人齊心協力才能讓 EUV 走上正軌的時候,他已經推進了他的High-NA 計劃。ASML 的管理和監事會支持所需的十億美元投資,關鍵光學合作伙伴蔡司也加入了進來?!八麄円婚_始并不想,”Van den Brink 承認。


            “當時,我認為High NA 將是 EUV 的最后一個 NA。但存在相當大的風險,因為它來得太晚,沒有足夠的時間周期來收回投資。我覺得在我們明確 EUV 之前,我們不能推遲高數值孔徑的開發?!?/p>


            “光刻技術的過渡期非常糟糕。如果你搞砸了,事情就會變得混亂。尤其是現在這個組織已經變得這么大,我感到責任重大。我非常偏執。我們有一個成功的提議嗎?我們能搞定這件事嗎?” Van den Brink 最終確信高數值孔徑是正確的前進方向,并贏得了懷疑論者的支持。但他忽略了一件事?!霸谖业陌谅?,我認為顧客會排隊,但讓我告訴你:這確實不容易?!?/p>


            2018 年 4 月左右,一切就緒。EUV 在大批量生產中蓄勢待發,不久之后,第一批High NA 系統訂單接踵而至。從那時起,另一個過渡期的準備工作總體上相當順利。這位首席技術官透露,這比以前的任何光刻轉換都“容易得多”。


            “為什么?首先,我們現在對 EUV 光子的作用有了很好的了解。今天,我們仍然在短波系統的穩定性方面存在問題,并且生產力沒有達到標準。但我們需要理解和清理的主要物理問題——基本上已經被我們拋在腦后了?!?/p>


            此外,在任何光刻轉換中,ASML 都需要依賴外部的創新?!肮饪棠z發生變化,掩模發生變化,你會得到新類型的缺陷。這些東西都會影響基礎設施。對于High NA,基礎設施的變化相對來說微不足道。因此所涉及的風險要低得多?!?/p>



            絕望


            Van den Brink 表示,到目前為止,開發High NA 技術的最大挑戰是為 EUV 光學器件構建計量工具。High NA 反射鏡的尺寸是其前身的兩倍,需要將其平整度控制在20 皮米內。這需要在一個“可以容納半個公司”的真空容器中進行驗證。


            “構建這個工具的問題是你不能確定它是否足夠準確。你可以做各種各樣的測試來提供一些保證,但你永遠不能完全確定。這就是我們現在所處的階段。我們認為它有效,但要等到明年我們拿到第一支鏡頭,真相才會浮出水面?!?/p>


            如果鏡頭不符合規格,我們將采取緊急程序?!拔覀冇袀溆糜媱?。如果它不起作用,我們有足夠的自由度來修復它。我們可以在一定范圍內重新拋光表面并在必要時更換單個鏡子?!?一個 EUV 鏡頭由幾個反射鏡組成——確切的數量是商業機密。


            最后,van den Brink不想低估一個比典型公交巴士更大的系統的復雜性?!斑@是一個怪物。過去,一臺光刻機需要幾百千瓦。對于 EUV,它是 1.5 兆瓦(megawatts),主要是因為光源。我們為High NA 使用相同的光源,但舞臺需要額外的 0.5 兆瓦。我們使用水冷銅線為其供電。我們推動了很多工程的發展?!?/p>


            盡管如此,Van den Brink 并沒有看到任何阻礙,盡管供應鏈問題使日程表變得模糊不清?!皶r機有點問題。High NA機器包含我們在生產系統中使用的相當多的組件,今天的meal優先于明天的meal。就時間而言,這仍然是一個危機項目,但我相信到明年年底我們會走得很遠?!?/p>


            第一個系統將留在 Veldhoven,ASML 和 Imec 已經在那里建立了一個聯合High NA 研究實驗室。我們的計劃是到2024年,讓客戶擁有自己的機器用于研發目的。在那之后的一年,將交付第一批大批量制造工具。


            這將在很大程度上免除 ASML 的客戶因 EUV 開發延遲而造成的困難時期。


            “他們越來越絕望,就這么簡單,”van den Brink在 2017 年表示,他指的是他的客戶宣布將 EUV 投入生產。必須使用兩個或更多 193 納米(浸沒)曝光步驟進行圖案化的芯片層數量越來越多,以至于半導體制造商繼續使用 EUV 光刻機,盡管它們當時其生產力并不高。


            盡管在 EUV 中已經使用了多重圖案——順便說一句,并非出于光刻的需要——但在這種不舒服的情況出現之前,預計可生產的High NA 光刻機就會出現?!翱蛻舨⒉唤^望。但是,公平地說,如果High NA 現在準備好了,他們就會使用它?!?/p>


            值得

            ASML 目前的首要任務是繼續降低 EUV 和高 NA 圖案化的成本。Brink 認為,這還需要十年的努力?!爸灰阅苓€沒有達到 193 納米光刻的水平,就有很大的改進空間。而且我們還沒有從光學中擠出每一納米的分辨率。使用 193 納米光刻機,由于照明系統的操作,我們處于極限。EUV 光刻機還沒有同樣的復雜程度?!?/span>

            ASML 還將繼續專注于整體光刻技術。這套計量和計算技術使芯片制造商能夠對其制造過程保持嚴格的控制。這降低了缺陷率,就像提高生產力一樣,降低了成本。

            然而,半導體界迫切想知道的是,高數值孔徑是否會獲得繼任者。ASML 的技術副總裁 Jos Benschop 已在去年的 SPIE 高級光刻會議上透露,可能的替代方案,即降低波長的新步驟,但不是一種選擇。這與角度有關:EUV 反射鏡反射光的效率很大程度上取決于入射角。波長的降低會改變角度范圍,使得透鏡必須變得太大而無法補償。

            這種現象也會隨著鏡頭孔徑(數值孔徑,NA)的增加而出現。那么NA是否有可能再次增加?Brink證實,ASML 正在調研此事。但是,就個人而言,他不相信 hyper-NA 會被證明是可行的?!拔覀冋谘芯克?,但這并不意味著它會投入生產。多年來,我一直懷疑 high-NA 將是最后一個 NA,這種信念沒有改變?!?/span>

            對于“標準”EUV,NA 是 0.33,對于高 NA,它是 0.55,對于超hyper-NA,它會“高于 0.7,也許是 0.75。理論上是可以做到的。從技術上講,這也是可以做到的。但是更大的鏡頭市場還有多少空間呢?我們甚至可以出售這些系統嗎?我對高 NA 偏執,我對hyper-NA 更加偏執。如果hyper-NA的成本增長得像我們在High-NA 中看到的那樣快,那么它在經濟上幾乎是不可行的。盡管這本身也是一個技術問題。而這正是我們正在研究的?!?/span>

            因此,hyper-NA 研究計劃的主要目標是提出智能解決方案,使技術在成本和可制造性方面保持可控。Brink 不想建造更大的怪物,他說,他指著他收藏的計量容器的微型版本,但也提到了鏡頭等光刻機組件?!拔覀冋噲D在制造和設計方面做出根本性的改變,以確保如果我們要這樣做,它在經濟上是可行的?!?/span>

            “所以這與我們的high-NA 方法大相徑庭。我們將確保實現高數值孔徑。對于hyper-NA,我們承認可能存在無法克服的成本限制,至少因為晶體管縮小速度正在放緩。由于系統集成,繼續開發新一代芯片仍然是值得的。但在這一點上,問題變得非?,F實:哪些芯片結構太小而無法經濟地制造?”

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