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隨著晶圓代工廠臺(tái)積電及記憶體廠三星電子的7納米邏輯制程均支援極紫外光(EUV)微影技術(shù)，并會(huì)在2019年進(jìn)入量產(chǎn)階段，半導(dǎo)體龍頭英特爾也確定正在開發(fā)中的7納米制程會(huì)支援新一代EUV技術(shù)。

英特爾10納米制程推進(jìn)不如預(yù)期，導(dǎo)致14納米產(chǎn)能供不應(yīng)求，并造成2018年第四季以來的處理器缺貨問題，預(yù)期要等到2019年第二季才會(huì)獲得紓解。英特爾日前已宣布將擴(kuò)大資本支出提升產(chǎn)能，并且預(yù)期10納米Ice Lake處理器將在今年第四季量產(chǎn)出貨。

至于英特爾未來制程微縮計(jì)劃，據(jù)外電報(bào)導(dǎo)，掌管英特爾制程及制造業(yè)務(wù)技術(shù)及系統(tǒng)架構(gòu)事業(yè)的總裁兼首席工程師Murthy Renduchintala日前指出，10納米制程與2014年訂定的制程標(biāo)準(zhǔn)相同，不論性能、密度、功耗等都保持不變。另外，有了10納米的制程研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，英特爾7納米發(fā)展良好，并將加入新一代EUV微影技術(shù)，由于10納米及7納米是由不同團(tuán)隊(duì)開發(fā)，7納米EUV制程不會(huì)受到10納米制程延遲影響。不過，英特爾未提及7納米何時(shí)可進(jìn)入量產(chǎn)。

據(jù)猜測，英特爾原原計(jì)劃10nm后第四年推出，所以就是2020年底，假如真能做到，那么10nm制程將會(huì)是最短命的一代制程。

按照估計(jì)，Intel可能還要配置多20~40臺(tái)ASML的7nm EUV光刻機(jī)來達(dá)到月產(chǎn)10萬片的能力。(7nm EUV光刻機(jī)單臺(tái)售價(jià)1.2億美元。)

業(yè)界指出，臺(tái)積電及三星的7納米EUV制程2019年逐步提升產(chǎn)能，但要開始真正大量進(jìn)行投片量產(chǎn)，應(yīng)該要等到2020年之后。英特爾的7納米EUV制程要真正進(jìn)入生產(chǎn)階段，預(yù)期也要等到2020年或2021年之后。不過，以三大半導(dǎo)體廠的計(jì)劃來看，EUV微影技術(shù)將成為7納米及更先進(jìn)制程的主流。

EUV光刻技術(shù)發(fā)展態(tài)勢

光刻(lithography)為集成電路微細(xì)化的最關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前在16/14nm節(jié)點(diǎn)乃至10及7nm節(jié)點(diǎn)，芯片制造商普遍還在使用193nm ArF浸潤式光刻機(jī)+多重成像技術(shù)，但采用多重成像技術(shù)后將增加曝光次數(shù)，導(dǎo)致成本顯著上升及良率、產(chǎn)出下降等問題。根據(jù)相關(guān)企業(yè)的規(guī)劃，在7/5nm節(jié)點(diǎn)，芯片生產(chǎn)將導(dǎo)入極紫外(EUV)光刻技術(shù)，EUV光刻使用13.5nm波長的極紫外光，能夠形成更為精細(xì)的曝光圖像。芯片廠商計(jì)劃將EUV光刻應(yīng)用到最困難的光刻工序，即金屬1層以及過孔生成工序，而其他大部分工序則仍將延用193nm ArF浸潤式光刻機(jī)+多重成像來制作。據(jù)EUV光刻機(jī)生產(chǎn)商阿斯麥(ASML)稱，相比浸潤式光刻+三重成像技術(shù)，EUV光刻技術(shù)能夠?qū)⒔饘賹拥闹谱鞒杀窘档?%，過孔的制作成本降低28%。

EUV光刻的關(guān)鍵技術(shù)包括EUV光源和高數(shù)值孔徑(NA)鏡頭，前者關(guān)乎光刻機(jī)的吞吐量(Throughput)，后者關(guān)乎光刻機(jī)的分辨率(Resolution)和套刻誤差(Overlay)能力等。目前，全球EUV光刻機(jī)生產(chǎn)基本上由荷蘭阿斯麥公司所壟斷，其最新 NXE:3400B EUV機(jī)型，采用245W光源，在實(shí)驗(yàn)條件下，未使用掩膜保護(hù)膜(pellicle)，已實(shí)現(xiàn)每小時(shí)曝光140片晶圓的吞吐量;該機(jī)型在用戶端的測試中，可達(dá)到每小時(shí)曝光125片晶圓的吞吐量，套刻誤差2nm;按照阿斯麥公司EUV技術(shù)路線規(guī)劃，公司將在2018年底前，通過技術(shù)升級(jí)使NXE:3400B EUV機(jī)型的套刻誤差減小到1.7nm以下，滿足5nm制程的工藝需求;在2019年中，采用250W EUV光源，達(dá)到每小時(shí)145片晶圓的量產(chǎn)吞吐量;在2020年，推出升級(jí)版的NXE:3400C EUV機(jī)型，采用250W EUV光源達(dá)到155片/時(shí)的量產(chǎn)吞吐量?？傮w上，目前的250W EUV光源已經(jīng)可以滿足7nm甚至5nm制程的要求，但針對(duì)下一代的EUV光源仍有待開發(fā)。據(jù)估算，在3nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，對(duì)EUV光源的功率要求將提升到500W，到了1nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，光源功率要求甚至將達(dá)到1KW。

高數(shù)值孔徑(High-NA)光學(xué)系統(tǒng)方面，由于極紫外光會(huì)被所有材料(包括各種氣體)吸收，因此極紫外光光刻必需在真空環(huán)境下，并且使用反射式透鏡進(jìn)行。目前，阿斯麥公司已開發(fā)出數(shù)值孔徑為0.33的EUV光刻機(jī)鏡頭，阿斯麥正在為3nm及以下制程采開發(fā)更高數(shù)值孔徑(NA)光學(xué)系統(tǒng)，公司與卡爾蔡司公司合作開發(fā)的數(shù)值孔徑為0.5的光學(xué)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)在2023-2024年后量產(chǎn)，該光學(xué)系統(tǒng)分辨率(Resolution)和生產(chǎn)時(shí)的套刻誤差(Overlay)比現(xiàn)有系統(tǒng)高出70%，每小時(shí)可以處理 185 片晶圓。

除光刻機(jī)之外，EUV光刻要在芯片量產(chǎn)中應(yīng)用仍有一些技術(shù)問題有待進(jìn)一步解決，如：光刻膠、掩膜、掩膜保護(hù)薄膜(pellicle)。

光刻膠方面，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)要求光刻膠的照射反應(yīng)劑量水平必須不高于20mJ/cm2。而目前要想得到完美的成像，EUV光刻膠的照射劑量普遍需要達(dá)到30-40mJ/cm2。在30mJ/cm2劑量水平，250w光源的EUV光刻機(jī)每小時(shí)吞吐量只能達(dá)到90片，顯著低于理想的125片。由于EUV光刻產(chǎn)生的一些光子隨機(jī)效應(yīng)，要想降低光刻膠的照射劑量水平仍需克服一系列挑戰(zhàn)。其中之一是所謂的光子發(fā)射噪聲現(xiàn)象。光子是光的基本粒子，成像過程中照射光光子數(shù)量的變化會(huì)影響EUV光刻膠的性能，因此會(huì)產(chǎn)生一些不希望有的成像缺陷，比如：線邊緣粗糙(line-edge roughness:LER)等。

光掩膜版，EUV光刻使用鏡面反射光而不是用透鏡折射光，因此EUV光刻采用的光掩膜版也需要改成反射型，改用覆蓋在基體上的硅和鉬層來制作。同時(shí)，EUV光刻對(duì)光掩膜版的準(zhǔn)確度、精密度、復(fù)雜度要求比以往更高。當(dāng)前制作掩膜版普遍使用的可變形狀電子束設(shè)備(VSB)，其寫入時(shí)間成為最大的挑戰(zhàn)，解決方案之一是采用多束電子束設(shè)備。包括IMS公司、NuFlare公司等已在開發(fā)相關(guān)多束電子束產(chǎn)品，多束電子束設(shè)備能夠提高光掩膜版制作效率，降低成本，還有助于提高光掩膜版的良率。未來，大部分EUV光掩膜版仍可以使用可變形狀電子束設(shè)備來制作，但是對(duì)少數(shù)復(fù)雜芯片而言，要想保持加工速度，必須使用多束電子束設(shè)備。

EUV薄膜，EUV薄膜作為光掩膜的保護(hù)層，提供阻隔外界污染的實(shí)體屏障，可以防止微塵或揮發(fā)氣體污染光掩膜表面，減少光掩膜使用時(shí)的清潔和檢驗(yàn)。阿斯麥公司已經(jīng)開發(fā)出83%透射率的薄膜，在采用245W光源，測試可達(dá)到100 片晶圓/時(shí)吞吐量，阿斯麥的目標(biāo)是開發(fā)出透射率90%的透明薄膜，可承受300W的EUV光源，實(shí)現(xiàn)125片晶圓/時(shí)的吞吐量。

初期，EUV光刻還是主要應(yīng)用于高端邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片的生產(chǎn)，主要芯片企業(yè)已相繼宣布了各自導(dǎo)入EUV光刻的計(jì)劃。

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