光刻機 【製造百科】ASML高數值孔徑極紫外光刻機（High-NA EUV ）技術

高 numerical aperture（NA）的極紫外光（EUV）光刻技術是ASML的下一代光刻產品，廣受歡迎。 被宣傳為拯救摩爾定律的機器。ASML已向英特爾出貨了一台早期機器。 今年，這兩家公司正在現場進行測試。ASML計劃每年生產20台高Numerical Aperture（NA）的極紫外光（EUV）光刻機。 到2028年為止。一年前，我製作了一段影片，更新了高NA EUV的最新進展。那非常有趣。 又過了一年，時間真的飛逝。 讓我們再次深入探討高 numerical aperture（NA）的極紫外光（EUV）技術，以及目前的發展進度如何。 有一件事要先說明。我計畫參加2024年於比利時安特衛普舉行的IMEX ITF世界大會。 5月21日和5月22日。这是我第一次去比利時。如果你在那裡，請告訴我。 我非常樂意與你交談。讓我們先簡要總結一下高NA的內容。 EUV實際上是。高數值孔徑EUV系統將數值孔徑（NA）從0.33提升至0.55。 理論上，這可使機器的半節距線寬度縮小約 64%，降至 7.5 或 8。 納米。提高數值孔徑需要利用更多的光線，但ASML發現，它無法進一步擴展。 6英寸極紫外光光罩標準的尺寸，稍後再詳細說明。因此，ASML必須設計出解決方案。 透過使用更大更奇特的投影鏡頭來繞過此限制。我已經 之前影片已經講過這部分了，請不要再談鏡頭，蔡司正在看著呢。 無論如何，這些重大的建築決策是在多年前 순간不同的時代所做出的。 為ASML及其合作夥伴所面臨的技術與經濟問題奠定基礎 克服困難，讓他們的新機器準備就緒，以投入生產線。這是無法避免的後果。 這些變更中的一項是遮罩欄位尺寸，即在單次曝光步驟中，晶圓上被暴露的區域大小。 被切成兩半。新的晶圓尺寸約為26乘16.5毫米。此舉使光罩面積減半。 晶圓尺寸具有重大影響。如果客戶希望製作大於此晶圓尺寸的晶粒， 而且這樣做有其合理原因，那麼ASML將需要進行所謂的晶粒內技術。 縫合，或僅稱為縫合。在這裡，我們將原始設計切成兩半，然後將其暴露出來。 兩個口罩有部分重疊。此重疊區域稱為縫合區域，並會接受 雙重曝光。此前英特爾曾使用過不同尺寸的場域，他們稱之為 1-2 印刷。 但不是以這種方式。撇開縫合過程中巨大的機電工程挑戰不談， 這裡的覆蓋層小於 1 納米，我們必須考慮所有正在發生的奇特動力學現象。 在縫合區域內。紫外線光罩有兩條邊框，一條是用於光罩圖像的邊框， 然後是一條高度吸水的黑色邊框。這條黑色邊框的存在是為了防止散射。 光不會影響晶粒的鄰近區域，但仍有輕微的反射，約為1-3%。 這會產生一點點閃光，有點像鏡頭光暈，可能會使影像模糊。 邊界還會吸收多層沉積所產生的各種機械應力。 清潔程序。掃描電子顯微鏡影像顯示，多層結構並未均勻掉落。 垂直向下，有一些銑削凹陷，據推測是因為反覆的沖洗工序所致。這些 機械位移會增加複雜性並導致定位誤差，因此我們需要進行建模分析。 遮罩影像、遮罩影像邊界與黑色邊界之間的相互作用。過渡效果 這三個區域之間的情況十分複雜，反射光可能會沖淡鄰近的影像。 西門子與IMEC合作進行的最新實驗表明，雙重曝光技術具有潛力。 對某些特徵（例如用於連接不同元件的接觸孔）的影像對比度造成影響。 電晶體的各個部分。同時也有人探索了一些巧妙的方法來切割它。 設計。最簡單的做法是直接從中間切開，但這樣做的風險是 請在切口的一側留下一些短尾。如果縫合不完美，那麼我們 可能會留下一些被截斷的多邊形。但你並不需要總是直線切割。首先，使用智慧型方式 切割會保留跨越邊界的某些多邊形，而忽略其他多邊形。而錯開的切割則有 一個鋸齒狀的形狀，使線條的末端處於半孤立狀態，從而使其略微更容易打印。 當然，晶片設計師也可以直接移動關鍵結構，例如電路連接。 遠離縫製區域。對我來說，這似乎是最明顯的解決方案，儘管如此 不太可能是永久性的。同樣地，你也可以這樣恰當地說，這一切都有利於目前的發展。 晶片小片（chiplet）與先進封裝技術蓬勃發展。據報導，iPhone 13 內建的 A15 神經晶片 8.58 毫米乘 12.55 毫米。透過使用較小的計算晶粒，避開縫製的困擾 具備高端 AUV 驅動節點，然後利用先進封裝技術整合晶粒 使用較不先進的節點，就像 AMD Mi300 所做的那樣。或者 ASML 也許會推出新的方案。 更瘋狂的機器。來自O2激光實驗室的高橋和久提出的一個大膽建議引起了我的注意。 一台雙掃描光刻機已能同時對兩個晶圓臺和卡盤進行操作。 為什麼不也同時運行兩個照片遮罩呢？瘋狂吧？但更瘋狂的事還有的是。 發生了，而早期的吞吐量模擬也顯示，這種新的掃描模式確實提升了吞吐量。 1.5倍。唯一的问题是，我們該稱它為雙胞胎掃描，還是雙掃描掃描？ 立即用手機為您最喜愛的選項投票。抵抗者接受光明，因而獲得幫助。 保留晶圓上的設計。主要問題在於焦深大幅變淺。 這意味著我們需要塗佈更薄的光阻層，除此之外還有其他因素。 可能薄40%至60%，以在曝光期間保持良好的聚焦。 現有的AUV抗蝕劑為有機化學增強型抗蝕劑，簡稱CARs。它們是混合物 自1990年代以來用於光刻的碳基化學品。 在CAR內部，有一種光酸產生劑分子，當它吸收紫外線時會產生酸。 光。接著，在後烘烤步驟中，酸會引發其他反應以產生放大效果。 光子的影響如同化學中的光探測器。問題在於CARs相對而言 對13.5奈米的紫外線光線透明，這使得它們的應用相對不太理想。因此，使用更薄的 那一層意味著在還原清晰影像時會出現更多問題。我們現在也必須更加考慮 晶圓自身的反射率如何影響曝光圖像，同時也增強了此影響的效果。 隨機的、孤立的缺陷，基本上無法避免，因為你知道， 量子。ASML台灣進行的測試發現，將CAR層切割30%和50% 電子束檢測記錄的缺陷數量增加了3至7倍。 解析出的影像也更加模糊，雜訊更多。 ASML台灣團隊指出，若我們預期在高數值孔徑AUV中使用薄層CAR， 我們將需要在配方中考慮這些缺陷，並採用積極的量測技術來應對。 找出並修復它們。或者更理想的做法是，完全不要使用CARs。我想指出一個新的高級 前景看好的抗蝕劑是金屬氧化物抗蝕劑，簡稱 MORE。我不確定這個名稱是否經過刻意選擇。 故意的，但更多是針對摩爾定律，哈哈。我並不清楚 MORE 具體是如何運作的。 如果我知道的話，那某處肯定有人違反了保密協議。但我好奇這是否與介紹有關。 如同早期用於電腦斷層掃描的對比劑一樣，錫原子會停止並吸收能量。 使用重金屬釷。無論如何，搭配更厚的層次，你就能印出細節特徵。 較小的線寬粗糙度，這很好，因為你希望獲得更乾淨的線條，使用稍少一點的UV即可 光線較弱，這是一件好事，因為表示曝光時間較短，進而提高產出效率。 其錫含量也意味著抗蝕層的性能優於同等厚度的CAR層。 在經過後曝光烘烤步驟後，其對蝕刻製程的抵抗力會顯著增強。 我們不應輕視這項好處，它確實非常有幫助。 儘管這篇特定的暴露後部分似乎出現了問題， 在顯影與烘焙步驟之間的未指定大氣條件可能導致橋接現象， 圖樣坍塌和夾緊。某些印刷缺陷的視覺名稱。 最近，東京電子開始談論他們稱為的新方法和工具改進 增強敏感度顯影技術，簡稱 SPERT。據說 SPERT 的市場行銷需要多加關注 再次提到那個名稱時，可以修改化學圖像以修復或避免缺陷，從而獲得極其緊密的結構。 模式。正如我所提到的，抗反射層（CARs）近三十年來一直是光阻材料的首選。 因此，如果 fabs 從 CARs 轉換到 MOREs，將會在整個光刻流程中產生連鎖效應。 許多過去曾經有效的事物都必須被拋棄。 主要的MOREs供應商是Impyra，該公司最初從俄勒岡州立大學衍生出來。 但於2021年被日本化學公司JSR收購。 鑑於其日益重要的地位，這對日本來說是一筆極大的收穫。 計量學在高數值孔徑紫外光領域將扮演至關重要的角色。我尚未充分強調其重要性。 量測學，即測量的科學，但高 lump NAUV 時代將再次擴張 半導體量測與檢測的作用。隨機性失效將變得更加頻繁。 而且這已經開始減緩流程週期。必須進行更多的量測作業。 找出並標記這些失敗之處。同時，較小的解析度也會降低最低要求。 缺陷的大小。由於現在我們正在測量，線寬粗糙度的檢測變得更加困難。 在亞奈米尺度下。我們又如何確保抗蝕層的一致性？ 當該層本身僅有10至30奈米厚時？ 這挑戰了現有的工具，這些工具主要基於光學原理。 並為電子束量測與檢測開闢了道路。本質上， 用於發現光學工具無法察覺缺陷的突變電子顯微鏡。 IMEC 已開始將透射電子顯微鏡等工具引入其實驗室。 將它們整合到線路中。而且有論文詳細介紹了一種稱為大規模量測的技術， 聽起來像是一款手機遊戲，卻描述了同時需要審查許多功能的需求。 日立與IMEC合作開發出一種設備，可同時檢測一百萬個接觸孔。 針對缺陷。而且不僅僅是隨機缺陷需要檢驗。 例如，較淺的焦深意味著不僅抗蝕層， 但晶圓本身也必須更薄。你知道的，所有這些事情。我們將需要 這裡有更多的量測與檢測工具，而晶圓廠必須為所有這些設備支付高昂的費用。 正如你現在可能猜到的，我們正處於電腦角色大幅增加的階段。 在光刻技術中，計算光刻技術的應用涉及使用非球面透鏡，該透鏡會對某一方向進行縮小。 一邊比另一邊多，目前最終投影中間出現了一個洞。 鏡頭、較薄的抗蚀剂层所產生的影響，以及掩模廠並未改變的事實 他們的方法或工具。所有這些都必須納入計算光刻技術中。 用於製造今日紫外線光罩規則與模擬的方法。這是一種非凡的技術。 挑戰。在之前的一支影片中，我談到了 NVIDIA 的演算法圖書館 Clulitho。 這有助於簡化某些計算光刻流程的執行。 像光学邻近校正之類的技術，我們對晶片設計所進行的修改。 為了讓其印刷效果更佳，或採用逆向光刻技術，進行全面重構 一項晶片設計反向優化，以實現最佳印刷效果。NVIDIA 近期於2024年3月宣布，台積電 而電子設計自動化公司新思科技（Synopsys）已開始實施Clulitho演算法。NVIDIA指出 克魯利索協助優化新思科技（Synopsys）掩模合成解決方案 Proteus 中的 OPC 模組。 加速的運行速度，為使用者節省了大量時間。想到台積電能夠做到這一點，便覺十分有趣。 NVIDIA 的 GPU 晶圓，然後以遠高於原價的加價從 NVIDIA 購回 但我認為，將人工智慧與平行處理技術應用於光刻技術的趨勢只會日益增強。 我也想指出台積電對更精確的計算光刻模型的迫切需求。 預測所謂的熱點，即設計中較易出現問題的特定區域。 無論因何原因導致開路或短路。熱點檢測則更偏向於一種通用的 光刻技術，但在高NA EUV時代，它們將變得更加搶手。 由於所有隨機性問題以及機器高昂的擁有成本。 任何有助於在設計階段減少缺陷數量的方法都極為受歡迎。 感覺這是一個可以解決的問題，多年來已有許多論文探討過此議題。 但傳統的模式匹配方法會錯過新類型的熱點，而機器學習則不會。 方法帶來太多偽陽性。搜尋仍在繼續。高NAEUV的最大問題是 競爭對手並非中國或日本製造的機器，而是另一台ASML機器。 購買價值3億美元的高階極紫外光（NA EUV）光刻機的替代方案 將進行多次標準低NA EUV的掃描。 目前看來，經濟因素尚未完全有利於高NA。 正如我在上一個影片中提到的，光刻技術的擁有成本是根據折舊來計算的。 成本除以原始吞吐量與設備利用率的乘積。假設您是 如果設備能百分之百地被利用，這是不可能的，那麼你所能做的只是降低 透過提高吞吐量（以每小時處理的晶圓數量衡量）來降低擁有成本。 最讓我擔憂的是，由於電源功率較低，導致吞吐量出現問題。 الكبرى 如果你提高光刻機的解析度，那麼除非你也同步提升其電源功率，否則…… 那麼吞吐量將會下降。原因在於，再次強調，這是隨機性的結果。我們需要更多 光子擊中光阻，以克服其中一定比例的光子將無法產生效果的事實。 量子以他們的方式前往不該去的地方。如果您的電源無法產生足夠的 由於極紫外光子能量不足，唯一能補償的方法就是將晶圓保持在更低的狀態。 這會縮短電源的使用壽命，降低處理效率，並增加擁有成本。 目前，ASML 尚未將電源的功率提升至足以抵補的水平。 他們將試圖通過更換驅動激光並提高錫的頻率來實現這一點。 每秒60,000個液滴。要實現此設計，我們需要進行測量並建立模型 熔融錫在ASML機器內部高於大氣壓環境下的行為。 目前尚無任何儀器或模擬軟體可用於此，這又是需要彌補的另一個量測技術缺口。 美國國家標準技術研究院正在致力於此，此外還有 如果我們能成功做到這一切，效能提升是否足夠呢？我很好奇。 但似乎並無迫切意圖改變極紫外光（EUV）光源的設計。 而且業界似乎非常堅持認為同步輻射源並非解決方案。 此外，我們還有一個縮小一半的晶圓尺寸，以及整個抗蝕劑堆疊即將更換的緊迫需求， 現有量測與檢驗等方面的不足，考慮到這一點，似乎…… 很高興英特爾正在與ASML合作試行這些設備，並協助解決問題。 這些小彎曲。他們非常聰明，我認為會帶來許多突破。但這將付出代價 他們。幸運的是，英特爾現金充裕，時間也充足。我想，台積電並未採取行動這一點，多少有些耐人尋味。 但已開始大量採購這些機器，這表明台積電希望看到成本的變化。 機器及其生態系統的所有權正在下降。這個差距必須以某種方式彌合。 或許，利用這種新的奈米圖案技術——定向自圖案化， DSA 可以修復小於節距的缺陷，從而減少錯誤數量。 我稍後再看那個，如果有人想聽的話。 如需了解更多資訊，建議閱讀《ASML困境》與《Intel的14a魔法彈藥》。 自組裝導向，由 Semianalysis 的 Jeff Koch 和 Dylan Patel 撰寫。一如既往地精彩。 過去幾年來，我一直在關注光刻產業，期間我反思了一些事情。 ASML 能夠達到今日的成就，其中一個原因在於其系統。 整合者角色，從廣泛的供應鏈中採購零件，並承擔組裝的任務。 它們放在一起。像波音一樣，但唉，現在還是別做這種比較了。 但其缺點在於，你必須依賴這些公司配合。 與你一起展望未來的發展路線圖。誰能知道今天高NAUV會是什麼樣子呢 如果口罩製造商同意擴大口罩的尺寸。 英特爾的帕特·蓋爾辛格在「更多更多」節目中向主持人伊恩·卡特雷斯透露。 在一次採訪中，他表示希望ASML能探索更大的光罩，但光罩製造商並不答應。 除非台積電和三星加入，否則將對技術進步擁有否決權。 產業。這又是重演450毫米晶圓升級的問題。ASML正悄然推進著。 從那拒絕以來一直如此。隨著極紫外光刻技術的不斷推進， 或許有理由讓ASML放棄部分過往的做法。 並進一步將更多組件納入內部生產。這將大幅擴展公司的業務範圍， 稀釋其焦點，並提高自身的成本結構，因此它不應輕易做出此項決定。 但如果整合性方法能幫助他們更快地完成這些事 並避免這些重大煩惱，那麼至少他們應該考慮一下。