EUV技術(shù)差距甚遠(yuǎn) 芯片廠商陷入兩難
[導(dǎo)讀]長久以來看好可作為芯片制造業(yè)的下一大步── 超紫外光(EUV)光刻技術(shù)事實(shí)上還未能準(zhǔn)備好成為主流技術(shù)。這意味著急于利用EUV制造技術(shù)的全球芯片制造商們正面臨著一個(gè)可怕的前景──他們必須使用較以往更復(fù)雜且昂貴的技
長久以來看好可作為芯片制造業(yè)的下一大步── 超紫外光(EUV)光刻技術(shù)事實(shí)上還未能準(zhǔn)備好成為主流技術(shù)。這意味著急于利用EUV制造技術(shù)的全球芯片制造商們正面臨著一個(gè)可怕的前景──他們必須使用較以往更復(fù)雜且昂貴的技術(shù)來擴(kuò)展現(xiàn)有的光學(xué)光刻工具，如雙重曝光等。更糟的是，EUV技術(shù)的差距對(duì)于半導(dǎo)體制造供應(yīng)鏈的根本經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)構(gòu)成了威脅。
EUV技術(shù)最初是在2005年時(shí)針對(duì)生產(chǎn)用途所開發(fā)的，后來一直被期待用于22nm芯片制造，英特爾公司也已于去年率先啟動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)?，F(xiàn)在，英特爾計(jì)劃擴(kuò)展光學(xué)光刻技術(shù)至14nm節(jié)點(diǎn)，而從2015年下半年開始的10nm節(jié)點(diǎn)將轉(zhuǎn)換至以EUV技術(shù)作為其主流生產(chǎn)方式。此外，三星公司也計(jì)劃最快可在2013年導(dǎo)入EUV技術(shù)量產(chǎn)制造。
但芯片制造商希望能在他們計(jì)劃進(jìn)行量產(chǎn)制造前，能夠讓EUV技術(shù)預(yù)先做好準(zhǔn)備，那么他們將可先行建立芯片設(shè)計(jì)規(guī)則以及調(diào)整其制程。而今，一連串的挑戰(zhàn)依然存在，包括開發(fā)更好的掩膜檢測(cè)、維修工具以及感光度更佳的光刻膠。
截至目前為止，推動(dòng)EUV量產(chǎn)的最大障礙是EUV工具上的晶圓吞吐量，仍遠(yuǎn)低于可實(shí)現(xiàn)EUV制造所需的標(biāo)準(zhǔn)。造成吞吐量受限的原因則是由于缺乏能夠提供所需功率與可靠性的EUV光源。
“我認(rèn)為EUV光源顯然無法在未來幾年內(nèi)準(zhǔn)備好所需的功率與可靠性，”凸版印刷(Toppan Photomask)公司技術(shù)長Franklin Kalk表示，“隨著第一款生產(chǎn)工具計(jì)劃遲至2012年晚期推出，生產(chǎn)整合需在那之后才能進(jìn)行，想要在2013年量產(chǎn)EUV技術(shù)預(yù)計(jì)是難以達(dá)到的目標(biāo)?！?br>
KLA-Tencor公司副總裁兼總經(jīng)理Brian Haas在去年9月舉行的一場(chǎng)業(yè)界會(huì)議中表示，在周遭不斷充斥著對(duì)于吞吐量的質(zhì)疑，過去將EUV技術(shù)視為次世代光刻主導(dǎo)技術(shù)的看法已經(jīng)改變了。其它一度被認(rèn)為是利基型的技術(shù)，如納米壓印光刻技術(shù)，最終可能在某些設(shè)備應(yīng)用上扮演著更主流的角色。
光刻設(shè)備供應(yīng)商ASML公司已經(jīng)售出6套EUV預(yù)生產(chǎn)工具給芯片廠商了。根據(jù)ASML公司首席科學(xué)家Bill Arnold表示，其中三套系統(tǒng)現(xiàn)正被用于曝光晶圓，其他系統(tǒng)則分別在裝機(jī)至出貨給客戶的不同階段中。ASML坦承該工具的吞吐量大約每小時(shí)產(chǎn)出不到10片晶圓。一些觀察家則認(rèn)為該工具每小時(shí)產(chǎn)出約僅在1-5片晶圓之間。
已經(jīng)有許多制造商嘗試過了，但至今都未能開發(fā)出具有足夠功率與可靠性的EUV光源，以使EUV光刻技術(shù)達(dá)到充份的吞吐量。ASML表示至少有三家公司可望解決這項(xiàng)挑戰(zhàn)，包括Ushio、GigaPhoton以及ASML的長期供應(yīng)商Cymer。
ASML公司表示，日前有兩家光源供應(yīng)商分別展示其不同等級(jí)的光源技術(shù)，應(yīng)該有助于提高EUV掃描器的吞吐量到每小時(shí)約15片晶圓。這也將使設(shè)備公司得以開始擘劃發(fā)展藍(lán)圖──在2012夏季以前提升EUV吞吐量至可實(shí)現(xiàn)商用化標(biāo)準(zhǔn)。
芯片制造商希望EUV光刻最終能達(dá)到每小時(shí)100片以上晶圓的吞吐量，但目前看來似乎還不太可能。一些觀察家預(yù)測(cè)大約每小時(shí)60-80片晶圓的吞吐量就足以使在EUV技術(shù)的投資更具有吸引力，但Haas說：“現(xiàn)實(shí)情況是我們可能也達(dá)不到這一目標(biāo)?！?br>
ASML公司已加緊監(jiān)督其供應(yīng)商的EUV技術(shù)光源開發(fā)工作，甚至指派最優(yōu)秀的工程師長駐于供應(yīng)商處，Arnold表示。盡管每小時(shí)處理60片晶圓的目標(biāo)仍是一大挑戰(zhàn)，但ASML聲稱今年就能達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。
一些觀察家們?nèi)匀幌嘈臕SML公司將督促其供應(yīng)商開發(fā)出一款合適的光源，而使EUV技術(shù)得以在2015年投入量產(chǎn)。但對(duì)此抱持懷疑態(tài)度者──甚至包括一些EUV技術(shù)的大力支持者們均質(zhì)疑是否還要再為此付出更多的腦力與苦力？光源開發(fā)人員們是否正與實(shí)體定律進(jìn)行一場(chǎng)毫無勝算的戰(zhàn)役？
“許多的經(jīng)濟(jì)規(guī)模實(shí)際上取決于掃瞄器能否達(dá)到一定的吞吐量閾值，而這就是我們付出許多心血之處，”Arnold表示?！叭绻@是一個(gè)只要付出大量心力就能解決的問題，我們終將解決這個(gè)問題。”
然而，如果短期內(nèi)無法克服吞吐量的問題，芯片制造商們將別無選擇，只能再進(jìn)一步尋求擴(kuò)展193 nm ArF光刻技術(shù)的替代方法。ArF光刻技術(shù)一直是過去十年來的主流途徑。
但這樣做的代價(jià)不菲。制程工程師們已利用一些技術(shù)進(jìn)行22nm節(jié)點(diǎn)的芯片制造，這些技術(shù)包括光學(xué)鄰近校正(OPC)、相位移掩膜(PSM)，以及最近的浸入式光刻技術(shù)、光源掩膜優(yōu)化和雙重曝光等。使用一組掩膜花費(fèi)可能就高達(dá)2百萬美元以上，是芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)時(shí)的最高成本之一。
英特爾公司已下注于這項(xiàng)技術(shù)了。該公司希望在10nm節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵層利用EUV技術(shù)作為其主要的光刻技術(shù)，但另一方面也研究如何擴(kuò)展ArF光刻技術(shù)至10nm的方法，根據(jù)英特爾公司研究員Vivek Singh表示。
但英特爾必須很快地作出決定，究竟要不要為10nm制程建立兩套設(shè)計(jì)規(guī)則──一套用于EUV，另一套則用于ArF？或是只選用其中一種？Singh補(bǔ)充道，“這就跟錢有關(guān)了?！?br>
英特爾的另一位研究人員Mark Bohr最近告訴我們，英特爾公司在擴(kuò)展193nm浸入式光刻至10nm節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)得到令人振奮的結(jié)果了，但他并未透露進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
歐洲微電子研究中心(IMEC)一直是研究EUV光刻技術(shù)的旗艦中心，去年7月宣布開始采用ASML試產(chǎn)工具曝光EUV晶圓。但I(xiàn)ME也進(jìn)行其它應(yīng)急措施；CEO Luc Van den Hove最近表示，IMEC將采用ASML最新的193nm浸入式光刻工具來處理光學(xué)光刻開發(fā)作業(yè)；一旦面臨EUV無法用于14nm節(jié)點(diǎn)的情況下，這將可作為一項(xiàng)備用計(jì)劃。
但在14nm及更先進(jìn)制程，采用光學(xué)浸入式光刻技術(shù)的雙重圖形方法無法提供足夠的解析度來寫入光罩特色；有時(shí)還必須使用到三倍、四倍或什至五倍圖形。
但以往只需要使用一個(gè)光罩的關(guān)鍵層，現(xiàn)在卻得使用多達(dá)五個(gè)光罩──這將會(huì)為任何設(shè)計(jì)增加相當(dāng)大的成本。但至于費(fèi)用貴到什程度會(huì)成為問題，現(xiàn)在也還不清楚，因?yàn)镋UV本身就不便宜。一些設(shè)備市場(chǎng)分析師指出，生產(chǎn)EUV工具的花費(fèi)可能高達(dá)1億美元以上。
根據(jù)KLA的Haas表示，EUV技術(shù)的開發(fā)困境可能是'噩夢(mèng)'一場(chǎng)，挑戰(zhàn)著業(yè)界供應(yīng)鏈的根本經(jīng)濟(jì)學(xué)。Haas警告，如果EUV光刻工具的吞吐量無法達(dá)到每小時(shí)超過30片晶圓，記憶體芯片制造商仍可能以該技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但一般代工廠、邏輯芯片供應(yīng)商以及其他廠商將被迫采用替代方案。這種分歧將迫使KLA及其他工具供應(yīng)商以較銷售預(yù)期更少的產(chǎn)量來攤銷EUV光罩偵測(cè)工具及其它設(shè)備的開發(fā)成本，最終導(dǎo)致成本更高，而使?jié)撛谫I主因天價(jià)而怯步或撤銷購買計(jì)劃。[!--empirenews.page--]
Haas認(rèn)為，ASML公司最終將解決光源問題，并讓EUV工具達(dá)到可進(jìn)行商用生產(chǎn)的吞吐量。
“我很樂觀，而且我們也應(yīng)該要樂觀面對(duì)。因?yàn)槲覀兌伎窟@項(xiàng)技術(shù)了。EUV光刻技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上勢(shì)在必行。”
到了2015年時(shí)，我們就會(huì)知道是采取這種或哪一種方式了。
圖說：業(yè)界開發(fā)EUV光刻技術(shù)工具時(shí)間表
EUV技術(shù)最初是在2005年時(shí)針對(duì)生產(chǎn)用途所開發(fā)的，后來一直被期待用于22nm芯片制造，英特爾公司也已于去年率先啟動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)?，F(xiàn)在，英特爾計(jì)劃擴(kuò)展光學(xué)光刻技術(shù)至14nm節(jié)點(diǎn)，而從2015年下半年開始的10nm節(jié)點(diǎn)將轉(zhuǎn)換至以EUV技術(shù)作為其主流生產(chǎn)方式。此外，三星公司也計(jì)劃最快可在2013年導(dǎo)入EUV技術(shù)量產(chǎn)制造。
但芯片制造商希望能在他們計(jì)劃進(jìn)行量產(chǎn)制造前，能夠讓EUV技術(shù)預(yù)先做好準(zhǔn)備，那么他們將可先行建立芯片設(shè)計(jì)規(guī)則以及調(diào)整其制程。而今，一連串的挑戰(zhàn)依然存在，包括開發(fā)更好的掩膜檢測(cè)、維修工具以及感光度更佳的光刻膠。
截至目前為止，推動(dòng)EUV量產(chǎn)的最大障礙是EUV工具上的晶圓吞吐量，仍遠(yuǎn)低于可實(shí)現(xiàn)EUV制造所需的標(biāo)準(zhǔn)。造成吞吐量受限的原因則是由于缺乏能夠提供所需功率與可靠性的EUV光源。
“我認(rèn)為EUV光源顯然無法在未來幾年內(nèi)準(zhǔn)備好所需的功率與可靠性，”凸版印刷(Toppan Photomask)公司技術(shù)長Franklin Kalk表示，“隨著第一款生產(chǎn)工具計(jì)劃遲至2012年晚期推出，生產(chǎn)整合需在那之后才能進(jìn)行，想要在2013年量產(chǎn)EUV技術(shù)預(yù)計(jì)是難以達(dá)到的目標(biāo)?！?br>
KLA-Tencor公司副總裁兼總經(jīng)理Brian Haas在去年9月舉行的一場(chǎng)業(yè)界會(huì)議中表示，在周遭不斷充斥著對(duì)于吞吐量的質(zhì)疑，過去將EUV技術(shù)視為次世代光刻主導(dǎo)技術(shù)的看法已經(jīng)改變了。其它一度被認(rèn)為是利基型的技術(shù)，如納米壓印光刻技術(shù)，最終可能在某些設(shè)備應(yīng)用上扮演著更主流的角色。
光刻設(shè)備供應(yīng)商ASML公司已經(jīng)售出6套EUV預(yù)生產(chǎn)工具給芯片廠商了。根據(jù)ASML公司首席科學(xué)家Bill Arnold表示，其中三套系統(tǒng)現(xiàn)正被用于曝光晶圓，其他系統(tǒng)則分別在裝機(jī)至出貨給客戶的不同階段中。ASML坦承該工具的吞吐量大約每小時(shí)產(chǎn)出不到10片晶圓。一些觀察家則認(rèn)為該工具每小時(shí)產(chǎn)出約僅在1-5片晶圓之間。
已經(jīng)有許多制造商嘗試過了，但至今都未能開發(fā)出具有足夠功率與可靠性的EUV光源，以使EUV光刻技術(shù)達(dá)到充份的吞吐量。ASML表示至少有三家公司可望解決這項(xiàng)挑戰(zhàn)，包括Ushio、GigaPhoton以及ASML的長期供應(yīng)商Cymer。
ASML公司表示，日前有兩家光源供應(yīng)商分別展示其不同等級(jí)的光源技術(shù)，應(yīng)該有助于提高EUV掃描器的吞吐量到每小時(shí)約15片晶圓。這也將使設(shè)備公司得以開始擘劃發(fā)展藍(lán)圖──在2012夏季以前提升EUV吞吐量至可實(shí)現(xiàn)商用化標(biāo)準(zhǔn)。
芯片制造商希望EUV光刻最終能達(dá)到每小時(shí)100片以上晶圓的吞吐量，但目前看來似乎還不太可能。一些觀察家預(yù)測(cè)大約每小時(shí)60-80片晶圓的吞吐量就足以使在EUV技術(shù)的投資更具有吸引力，但Haas說：“現(xiàn)實(shí)情況是我們可能也達(dá)不到這一目標(biāo)?！?br>
ASML公司已加緊監(jiān)督其供應(yīng)商的EUV技術(shù)光源開發(fā)工作，甚至指派最優(yōu)秀的工程師長駐于供應(yīng)商處，Arnold表示。盡管每小時(shí)處理60片晶圓的目標(biāo)仍是一大挑戰(zhàn)，但ASML聲稱今年就能達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。
一些觀察家們?nèi)匀幌嘈臕SML公司將督促其供應(yīng)商開發(fā)出一款合適的光源，而使EUV技術(shù)得以在2015年投入量產(chǎn)。但對(duì)此抱持懷疑態(tài)度者──甚至包括一些EUV技術(shù)的大力支持者們均質(zhì)疑是否還要再為此付出更多的腦力與苦力？光源開發(fā)人員們是否正與實(shí)體定律進(jìn)行一場(chǎng)毫無勝算的戰(zhàn)役？
“許多的經(jīng)濟(jì)規(guī)模實(shí)際上取決于掃瞄器能否達(dá)到一定的吞吐量閾值，而這就是我們付出許多心血之處，”Arnold表示?！叭绻@是一個(gè)只要付出大量心力就能解決的問題，我們終將解決這個(gè)問題。”
然而，如果短期內(nèi)無法克服吞吐量的問題，芯片制造商們將別無選擇，只能再進(jìn)一步尋求擴(kuò)展193 nm ArF光刻技術(shù)的替代方法。ArF光刻技術(shù)一直是過去十年來的主流途徑。
但這樣做的代價(jià)不菲。制程工程師們已利用一些技術(shù)進(jìn)行22nm節(jié)點(diǎn)的芯片制造，這些技術(shù)包括光學(xué)鄰近校正(OPC)、相位移掩膜(PSM)，以及最近的浸入式光刻技術(shù)、光源掩膜優(yōu)化和雙重曝光等。使用一組掩膜花費(fèi)可能就高達(dá)2百萬美元以上，是芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)時(shí)的最高成本之一。
英特爾公司已下注于這項(xiàng)技術(shù)了。該公司希望在10nm節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵層利用EUV技術(shù)作為其主要的光刻技術(shù)，但另一方面也研究如何擴(kuò)展ArF光刻技術(shù)至10nm的方法，根據(jù)英特爾公司研究員Vivek Singh表示。
但英特爾必須很快地作出決定，究竟要不要為10nm制程建立兩套設(shè)計(jì)規(guī)則──一套用于EUV，另一套則用于ArF？或是只選用其中一種？Singh補(bǔ)充道，“這就跟錢有關(guān)了?！?br>
英特爾的另一位研究人員Mark Bohr最近告訴我們，英特爾公司在擴(kuò)展193nm浸入式光刻至10nm節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)得到令人振奮的結(jié)果了，但他并未透露進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
歐洲微電子研究中心(IMEC)一直是研究EUV光刻技術(shù)的旗艦中心，去年7月宣布開始采用ASML試產(chǎn)工具曝光EUV晶圓。但I(xiàn)ME也進(jìn)行其它應(yīng)急措施；CEO Luc Van den Hove最近表示，IMEC將采用ASML最新的193nm浸入式光刻工具來處理光學(xué)光刻開發(fā)作業(yè)；一旦面臨EUV無法用于14nm節(jié)點(diǎn)的情況下，這將可作為一項(xiàng)備用計(jì)劃。
但在14nm及更先進(jìn)制程，采用光學(xué)浸入式光刻技術(shù)的雙重圖形方法無法提供足夠的解析度來寫入光罩特色；有時(shí)還必須使用到三倍、四倍或什至五倍圖形。
但以往只需要使用一個(gè)光罩的關(guān)鍵層，現(xiàn)在卻得使用多達(dá)五個(gè)光罩──這將會(huì)為任何設(shè)計(jì)增加相當(dāng)大的成本。但至于費(fèi)用貴到什程度會(huì)成為問題，現(xiàn)在也還不清楚，因?yàn)镋UV本身就不便宜。一些設(shè)備市場(chǎng)分析師指出，生產(chǎn)EUV工具的花費(fèi)可能高達(dá)1億美元以上。
根據(jù)KLA的Haas表示，EUV技術(shù)的開發(fā)困境可能是'噩夢(mèng)'一場(chǎng)，挑戰(zhàn)著業(yè)界供應(yīng)鏈的根本經(jīng)濟(jì)學(xué)。Haas警告，如果EUV光刻工具的吞吐量無法達(dá)到每小時(shí)超過30片晶圓，記憶體芯片制造商仍可能以該技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但一般代工廠、邏輯芯片供應(yīng)商以及其他廠商將被迫采用替代方案。這種分歧將迫使KLA及其他工具供應(yīng)商以較銷售預(yù)期更少的產(chǎn)量來攤銷EUV光罩偵測(cè)工具及其它設(shè)備的開發(fā)成本，最終導(dǎo)致成本更高，而使?jié)撛谫I主因天價(jià)而怯步或撤銷購買計(jì)劃。[!--empirenews.page--]
Haas認(rèn)為，ASML公司最終將解決光源問題，并讓EUV工具達(dá)到可進(jìn)行商用生產(chǎn)的吞吐量。
“我很樂觀，而且我們也應(yīng)該要樂觀面對(duì)。因?yàn)槲覀兌伎窟@項(xiàng)技術(shù)了。EUV光刻技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上勢(shì)在必行。”
到了2015年時(shí)，我們就會(huì)知道是采取這種或哪一種方式了。
圖說：業(yè)界開發(fā)EUV光刻技術(shù)工具時(shí)間表
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