极紫外光刻新技术问世

coffee198375

极紫外线光刻机（Extreme Ultra-violet），又通常被称为EUV光刻机，它以波长为10~14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术，该设备当前可被应用于14纳米及以下的先进制程芯片的制造。

极紫外线光刻机是芯片生产工具，是生产大规模集成电路的核心设备，对芯片工艺有着决定性的影响。小于5纳米的芯片晶圆，只能用EUV光刻机生产。

据日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）官网最新报告，该校设计了一种极紫外（EUV）光刻技术，超越了半导体制造业的标准界限。基于此设计的光刻设备可采用更小的EUV光源，其功耗还不到传统EUV光刻机的十分之一，从而降低成本并大幅提高机器的可靠性和使用寿命。

在传统光学系统中，例如照相机、望远镜和传统的紫外线光刻技术，光圈和透镜等光学元件以轴对称方式排列在一条直线上。这种方法并不适用于EUV射线，因为它们的波长极短，大多数会被材料吸收。因此，EUV光使用月牙形镜子引导。但这又会导致光线偏离中心轴，从而牺牲重要的光学特性并降低系统的整体性能。

为解决这一问题，新光刻技术通过将两个具有微小中心孔的轴对称镜子排列在一条直线上来实现其光学特性。

由于EUV吸收率极高，每次镜子反射，能量就会减弱40%。按照行业标准，只有大约1%的EUV光源能量通过10面反射镜最终到达晶圆，这意味着需要非常高的EUV光输出。

相比之下，将EUV光源到晶圆的反射镜数量限制为总共4面，就能有超过10%的能量可以穿透到晶圆，显著降低了功耗。

新EUV光刻技术的核心投影仪能将光掩模图像转移到硅片上，它由两个反射镜组成，就像天文望远镜一样。团队称，这种配置简单得令人难以想象，因为传统投影仪至少需要6个反射镜。但这是通过重新思考光学像差校正理论而实现的，其性能已通过光学模拟软件验证，可保证满足先进半导体的生产。团队为此设计一种名为“双线场”的新型照明光学方法，该方法使用EUV光从正面照射平面镜光掩模，却不会干扰光路。

今年5月，台积电也曾表示A16先进制程节点不一定需要ASML最新的先进芯片制造设备高数值孔径极紫外光曝光机（High-NA EUV），原因是太贵了。据悉，这一部机器要价3.8亿美元。

台积电业务开发资深副总经理暨副共同营运长张晓强表示：“价格非常高昂。我喜欢High-NA EUV的能力，但我不喜欢它的标价。”

据悉，ASML的这款新设备能够用仅仅8纳米宽的线条压印半导体，相较下，前一代机器的线条宽度则高出1.7倍。

售价方面，这款EUV一部售价达到3.5亿欧元（3.8亿美元），重量等同于两台空巴A320客机。

ASML是唯一生产用来生产最复杂半导体所需设备的厂商，ASML产品的需求是半导体产业景气的晴雨表。

英特尔已经采购了ASML这款最新的High-NA EUV设备，而且在去年12月底，第一台设备就已运往英特尔奥勒冈厂。

张晓强说，台积电所谓A16先进制程节点（预定2026年稍晚量产）不一定需要使用ASML的High NA EUV设备，而且可以继续仰赖台积电已有的较旧款EUV设备，“我认为目前，我们现有的EUV能力应该有办法支援了”。

使用新的ASML技术，将取决于它在何处最具经济效益，以及“我们能够达成的技术平衡”。他不愿透露台积电何时将从ASML采购High-NA EUV。

制造先进导体正面临成本上升、技术更加复杂的局面。英特尔面临的挑战尤多，还大力推动进军晶圆代工市场，想切入台积电称霸的晶圆代工市场。

据悉，英特尔已经获得了ASML在明年上半年制造的大部分高数值孔径 (NA) 极紫外 (EUV) 光刻设备。

ASML今年计划生产5台高NA EUV光刻设备，而这些设备将全部供应给英特尔。他们表示，ASML每年生产高数值孔径（NA） EUV设备的能力约为5-6台，由此可见英特尔已经获得了计划在2024年生产的全部5台设备——每台单位的成本约为3.7亿美元，这凸显了英特尔在先进制造技术上的巨大投资。

与此同时，英特尔的竞争对手如三星和SK海力士则必须等到2025年下半年才能获得此类设备。他们还表示，这家美国芯片制造商在宣布重新进入芯片代工或代工芯片生产业务时，抢先购买了这些设备。