ASML EUV的最新進(jìn)展：2025年生產(chǎn)0.55 NA

來(lái)源：內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察（ID：icbank）編譯自SemiWiki，謝謝。

在 2022 SPIE 高級(jí)光刻會(huì)議上，ASML 介紹了 EUV 的最新進(jìn)展。SemiWiki作者Scotten Jones有機(jī)會(huì)與 ASML 的 Mike Lercel 一起回顧了演講。以下是他們討論的主要內(nèi)容。

0.33 NA

0.33 NA EUV 系統(tǒng)是當(dāng)今前沿光刻的生產(chǎn)主力系統(tǒng)。邏輯和 DRAM 的 0.33 NA 系統(tǒng)正在大批量生產(chǎn)。圖 1 說(shuō)明了邏輯和 DRAM（條）和晶圓每年（面積）暴露的 EUV 層數(shù)。作者指出，2021 年的邏輯值是 10 層以上 EUV 層的代工廠 5nm 工藝的典型值，2023 年的邏輯將與約 20 層的代工廠 3nm 工藝一致，DRAM 使用量目前約為 5 層。我向邁克詢問(wèn)了未來(lái)的 DRAM 曝光，他指出 DRAM 上有大約 8 個(gè)關(guān)鍵層，最終其中一些層可能需要多重圖案化，使每個(gè)晶圓的 EUV 曝光達(dá)到 10 個(gè)。

圖 1. EUV 采用率。

截至 2022 年第一季度，ASML 已出貨 136 個(gè) EUV 系統(tǒng)，約 7000 萬(wàn)個(gè)晶圓已曝光，見(jiàn)圖 2。

圖 2. 暴露的 EUV 晶圓數(shù)量。

系統(tǒng)可用性繼續(xù)提高，今天略低于 90%。新的 NXE:3600D 比 NXE:3400C 更好，并提供約 93% 的可用性。EUV 系統(tǒng)可用性正在接近 DUV 系統(tǒng)水平 (~95%)。

圖 3. 可用性。

NXE:3600D 系統(tǒng)每小時(shí)可生產(chǎn) 160 個(gè)晶圓 (wph)，速度為 30mJ/cm 2，比 NXE:3400C 高 18%。正在開(kāi)發(fā)的 NXE:3800E 系統(tǒng)最初將以 30mJ/cm 2的速度提供 >195 wph ，并在吞吐量升級(jí)后提供 220 wph。NXE:3600E 將在像差、重疊和吞吐量方面進(jìn)行漸進(jìn)式光學(xué)改進(jìn)。

圖 4. 吞吐量改進(jìn)。

NXE:3400C 的匹配機(jī)器覆蓋為 1.5nm，NXE:3600D 為 1.1nm。NXE:3600D 使用與最新 DUV 系統(tǒng)相同的全新 12 波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，由于使用真空，只有一些材料差異。

ASML 路線圖包括 2025 年左右 >220wph 的 NXE:4000F，見(jiàn)圖 5。

圖 5. 系統(tǒng)路線圖。

Pellicles 現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了超過(guò) 90% 的傳輸，并且制造已轉(zhuǎn)移到三井。我不時(shí)遇到一些人認(rèn)為 Pellicles 是未來(lái)的 EUV 產(chǎn)品，但 Pellicles 已經(jīng)在特定層上投入生產(chǎn)使用了一年多。

圖 6. 薄膜性能。

最后，對(duì)于 0.33 NA 系統(tǒng)，ASML 正致力于通過(guò)增加吞吐量和降低總能量來(lái)減少每次曝光所需的能量。

圖 7. 每次曝光的能量。

我們討論了 0.33 NA 系統(tǒng)的最終分辨率限制，理論上 0.33 NA 可以在單次曝光中產(chǎn)生 26nm，目前 Imec 正在研究 28nm 單次曝光，但尚未量產(chǎn)。

0.55 NA（High NA）

如前一節(jié)所述，0.33 NA EUV 正在大批量生產(chǎn)。領(lǐng)先的代工工藝現(xiàn)已達(dá)到 3nm“節(jié)點(diǎn)”，并且需要使用 0.33 NA EUV 進(jìn)行雙圖案化。通過(guò)將 NA 從 0.33 提高到 0.55，雙圖案層可以用單次曝光代替。

圖 8 說(shuō)明了 DUV 層數(shù)如何在工藝復(fù)雜性和多圖案化的驅(qū)動(dòng)下增長(zhǎng)，直到 0.33 NA EUV 取代了很多多圖案化。隨著 0.33 NA EUV 多圖案使用的增長(zhǎng)，0.55 NA EUV 可以再次消除一些多圖案減少層數(shù)。

圖 8. 掩碼計(jì)數(shù)趨勢(shì)。

high NA 提供更好的圖像對(duì)數(shù)斜率，隨機(jī)缺陷是 3D，high NA 有助于減少缺陷。ASML 正在研究用于 EUV 的衰減相移掩模，以提高對(duì)比度和景深。它們將首先針對(duì) 0.33 NA 實(shí)施，然后再針對(duì) 0.55 NA 實(shí)施。

ASML 的路線圖將首個(gè)高 NA 系統(tǒng) (EXE:5000) 安裝在 ASML 工廠的實(shí)驗(yàn)室中，并于 2023 年與 Imec 聯(lián)合運(yùn)行，以進(jìn)行初步評(píng)估。EXE:5000 系統(tǒng)應(yīng)在 2024 年交付給客戶，生產(chǎn)型 EXE:5200 系統(tǒng)應(yīng)在 2025 年左右交付給客戶用于生產(chǎn)使用，見(jiàn)圖 9。

圖 9. High NA 系統(tǒng)路線圖。

High-NA 的光學(xué)器件比 0.33 NA 的要大得多，需要獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法。0.55 NA 系統(tǒng)將具有一個(gè)變形鏡頭系統(tǒng)，在一個(gè)方向上具有 4 倍的縮小率（與 0.33 NA 相同），在正交方向上具有 8 倍的縮小率。由于分劃板的尺寸和 8 倍的縮小，可打印區(qū)域尺寸在掃描方向上減半至 16.5nm，見(jiàn)圖 10。

圖 10. 變形鏡頭系統(tǒng)。

模擬顯示半場(chǎng)和全場(chǎng)曝光之間沒(méi)有方向差異。半場(chǎng)曝光可以與全場(chǎng)曝光對(duì)齊，這樣現(xiàn)有的 DUV 和 0.33 NA EUV 系統(tǒng)就可以與 0.55 NA 系統(tǒng)混合使用。如果需要大芯片，0.55 NA 半場(chǎng)曝光可以縫合在一起，可能帶有用于全局連接的小縫合邊界。

使用伯克利 X 射線光學(xué)中心和 Paul Scherrer 研究所的研究工具，ASML 已經(jīng)能夠展示低至 8 的高 NA EUV 分辨率，見(jiàn)圖 11。

圖 11. 8nm 線/空間。

0.55 NA 系統(tǒng)設(shè)計(jì)被分解為 4 個(gè)可獨(dú)立測(cè)試的子系統(tǒng)（見(jiàn)圖 12），2023 年進(jìn)入 ASML/Imec 實(shí)驗(yàn)室的第一個(gè)曝光工具的組裝工作已經(jīng)開(kāi)始（見(jiàn)圖 13）。

圖 12. High NA 子系統(tǒng)。

圖 13. 0.55 NA 系統(tǒng)集成。

ASML 繼續(xù)致力于增加源功率，最近在研究中證明了超過(guò) 500 瓦。從歷史上看，研究開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)需要大約 2 年的時(shí)間。圖 14 說(shuō)明了隨時(shí)間變化的源功率。

圖 14. 源功率趨勢(shì)。

0.7 NA

在最近的一篇文章中，Tom Dillinger 討論了對(duì) Intel 的 Mark Phillips 的采訪，Mark 提到 0.7 NA 是 0.55 NA 的繼任者。我對(duì)此感到驚訝，我認(rèn)為 ASML 已經(jīng)排除了在 0.55 NA 之后開(kāi)發(fā)任何東西，因?yàn)?ASML 必須在 EUV 上進(jìn)行大量投資。Mike 說(shuō)，ASML 沒(méi)有排除 0.7 或更大的 NA 系統(tǒng)，他們正在研究它。他說(shuō)他們已經(jīng)排除了比當(dāng)前 13.5nm 更短的波長(zhǎng)（作者指出，曾經(jīng)有人討論過(guò)更短的波長(zhǎng)系統(tǒng) 6.xnm）。他們確實(shí)希望任何新系統(tǒng)都可以空運(yùn)，這限制了系統(tǒng)可以比 0.55 NA 系統(tǒng)大多少。

結(jié)論

0.33 NA EUV 系統(tǒng)現(xiàn)在是生產(chǎn)工作系統(tǒng)，不斷提高可用性和吞吐量。0.55 NA 系統(tǒng)預(yù)計(jì)將在 2025 年投入生產(chǎn)，分辨率更高，可簡(jiǎn)化流程。在0.55NA之外，ASML 正在尋找更高的 NA 系統(tǒng)。EUV 處于有利位置，可以在未來(lái)十年繼續(xù)推動(dòng)光刻分辨率。