密度提升近3倍，高NA EUV光刻機(jī)有何玄機(jī)
電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）到了3nm這個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)之后，單靠現(xiàn)有的0.33NA EUV光刻機(jī)就很難維系下去了。為了實(shí)現(xiàn)2nm乃至未來(lái)的埃米級(jí)工藝，將晶體管密度推向1000MTr/mm2，全面投入使用高NA EUV光刻機(jī)已經(jīng)勢(shì)在必行了。據(jù)了解，一臺(tái)高NA EUV的光刻機(jī)成本就可能達(dá)到3.2億美元，這樣一個(gè)天價(jià)的光刻系統(tǒng)究竟能帶來(lái)哪些優(yōu)勢(shì)，又存在哪些挑戰(zhàn)呢？
規(guī)模和密度的平衡，我們?yōu)槭裁葱枰?/strong>NA光刻機(jī)？
從今年發(fā)布的不少新品來(lái)看，即便工藝沒(méi)有太大的變化，芯片的性能仍在穩(wěn)步提升，有的是從架構(gòu)上找到了創(chuàng)新，有的選擇了改善帶寬之類(lèi)的性能。但我們也都能看出，其中有一部分產(chǎn)品選擇了走大規(guī)模的路線(xiàn)，比如蘋(píng)果的M1 Ultra。這種方式雖然增加了功耗，但對(duì)于那些對(duì)功耗并不敏感的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，似乎也是可行的一種思路，那么我們真的有必要用到更貴的高NA EUV光刻機(jī)進(jìn)一步提升密度嗎？
這個(gè)問(wèn)題的答案其實(shí)不言而喻了，英特爾、臺(tái)積電等晶圓廠(chǎng)提前預(yù)訂的高NA EUV光刻機(jī)訂單已經(jīng)證明了它的重要性。歸根結(jié)底還是我們的晶體管密度需求仍在不斷攀升，但我們需要明白這個(gè)需求并不是線(xiàn)性增長(zhǎng)的。
新世紀(jì)的20年代，很可能成為深度技術(shù)發(fā)展的黃金十年，比如邊緣AI芯片、基于CMOS的NIR/SWIR成像器、光電集成的片上激光雷達(dá)等等。你可以說(shuō)推動(dòng)工藝發(fā)展最大的功臣是智能手機(jī)芯片，但其他應(yīng)用對(duì)高密度的需求同樣不可小覷，因?yàn)檫@對(duì)它們來(lái)說(shuō)也就意味著更高的存儲(chǔ)容量和帶寬、更高的算力。
如今的深度學(xué)習(xí)在大規(guī)模模型的爆發(fā)下，所需算力每幾個(gè)月就會(huì)翻一番，但現(xiàn)在能效比已經(jīng)成了優(yōu)先級(jí)更高的指標(biāo)，要想同時(shí)滿(mǎn)足性能和算力的話(huà)，主要方法有四種：一是換一種系統(tǒng)級(jí)計(jì)算架構(gòu)，比如DSA架構(gòu)；二是充分利用3D設(shè)計(jì)，也就是我們常說(shuō)的3D封裝和堆疊技術(shù)；三是從晶體管架構(gòu)上創(chuàng)新，譬如納米管、納米片、CFET和原子溝道等；第四個(gè)則是目前看來(lái)最快捷的一條路線(xiàn)，通過(guò)光刻技術(shù)的發(fā)展直接提升密度。
高NA光刻機(jī)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)
固然高NA EUV光刻機(jī)能夠讓我們挺進(jìn)下一工藝節(jié)點(diǎn)，但它帶來(lái)的好處并不只是增加晶體管密度。先從技術(shù)價(jià)值上來(lái)說(shuō)，0.55的大數(shù)值孔徑與0.33相比，可以實(shí)現(xiàn)尺寸減小2/5的特征圖形，將密度提升2.9倍。其次，高NA EUV光刻機(jī)帶來(lái)了更高的成像對(duì)比度，從而極大改善線(xiàn)寬均勻性，在更少的光刻膠劑量下實(shí)現(xiàn)更少的條紋變化。
光刻機(jī)晶體管密度的變化趨勢(shì) / ASML
對(duì)于使用光刻機(jī)的晶圓廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，以上的優(yōu)勢(shì)減少了多重光刻的需要，也減少了光刻膠的劑量使用，從而降低了整體成本。其次，由于工序的簡(jiǎn)化，曝光后光刻膠圖形邊緣與設(shè)計(jì)圖形之間的邊緣放置誤差也一并減少了。這也一并導(dǎo)致了掩膜處理周期的減少，極大提高整個(gè)晶圓廠(chǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。
有突破就有挑戰(zhàn)
既然高NA EUV光刻機(jī)有這么多好處，ASML為何還不加快進(jìn)度將其造出來(lái)，而是要等到2024年才能出貨呢？答案是目前看來(lái)，這類(lèi)光刻機(jī)的制造和應(yīng)用都面臨著不小的挑戰(zhàn)，以至于在2025年大規(guī)模投入都存在一定阻礙。
0.33NA之后所需的光刻膠厚度 / IMEC
我們先從光刻膠說(shuō)起，高NA EUV光刻機(jī)需要用到更薄的光刻膠，比如小于20nm，這樣才能維持2：1這一理想的線(xiàn)高寬比。否則因?yàn)楦蟮暮穸?，就?huì)超過(guò)這一比例，在曝光階段容易因?yàn)橹匦淖兓l(fā)光刻膠塌陷。除了需要超薄、超高分辨率的光刻膠，還要考慮引入的隨機(jī)效應(yīng)，這種隨機(jī)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致不必要的失效和特征圖形粗糙度，從而影響到芯片的性能，甚至可能會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)失效。
再者就是高NA EUV光刻機(jī)需要用到的新光掩膜，光掩膜對(duì)于芯片的制造來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)樗拿靼祬^(qū)域內(nèi)保存著設(shè)備成品所需的設(shè)計(jì)布局信息。隨著特征圖形尺寸的減小，與理想光掩膜之間的偏差對(duì)最終晶圓圖案的影響也在增加。
為禍作亂者之一就是光掩膜的3D效應(yīng)，比如EUV中，光線(xiàn)以6°的入射角擊中光掩膜，以此產(chǎn)生的反射可能會(huì)產(chǎn)生屏蔽，從而因?yàn)楣庋谀さ木壒试诰A上產(chǎn)生成像誤差。所以必須開(kāi)發(fā)新的變形光掩膜技術(shù)及規(guī)范，才能減輕3D效應(yīng)帶來(lái)的影響。
小結(jié)
在更高的芯片性能需求下，轉(zhuǎn)向高NA的EUV光刻機(jī)已是必然，這類(lèi)光刻系統(tǒng)也能徹底釋放現(xiàn)代晶體管結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的潛力，引領(lǐng)我們走向埃米時(shí)代。但我們也不能就此忘記剛引入EUV光刻機(jī)時(shí)的教訓(xùn)，3年后ASML的高NA EUV實(shí)現(xiàn)高密度已經(jīng)是定數(shù)，但良率和產(chǎn)量問(wèn)題才是這套系統(tǒng)交付后最大的問(wèn)題。
規(guī)模和密度的平衡，我們?yōu)槭裁葱枰?/strong>NA光刻機(jī)？
從今年發(fā)布的不少新品來(lái)看，即便工藝沒(méi)有太大的變化，芯片的性能仍在穩(wěn)步提升，有的是從架構(gòu)上找到了創(chuàng)新，有的選擇了改善帶寬之類(lèi)的性能。但我們也都能看出，其中有一部分產(chǎn)品選擇了走大規(guī)模的路線(xiàn)，比如蘋(píng)果的M1 Ultra。這種方式雖然增加了功耗，但對(duì)于那些對(duì)功耗并不敏感的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，似乎也是可行的一種思路，那么我們真的有必要用到更貴的高NA EUV光刻機(jī)進(jìn)一步提升密度嗎？
這個(gè)問(wèn)題的答案其實(shí)不言而喻了，英特爾、臺(tái)積電等晶圓廠(chǎng)提前預(yù)訂的高NA EUV光刻機(jī)訂單已經(jīng)證明了它的重要性。歸根結(jié)底還是我們的晶體管密度需求仍在不斷攀升，但我們需要明白這個(gè)需求并不是線(xiàn)性增長(zhǎng)的。
新世紀(jì)的20年代，很可能成為深度技術(shù)發(fā)展的黃金十年，比如邊緣AI芯片、基于CMOS的NIR/SWIR成像器、光電集成的片上激光雷達(dá)等等。你可以說(shuō)推動(dòng)工藝發(fā)展最大的功臣是智能手機(jī)芯片，但其他應(yīng)用對(duì)高密度的需求同樣不可小覷，因?yàn)檫@對(duì)它們來(lái)說(shuō)也就意味著更高的存儲(chǔ)容量和帶寬、更高的算力。
如今的深度學(xué)習(xí)在大規(guī)模模型的爆發(fā)下，所需算力每幾個(gè)月就會(huì)翻一番，但現(xiàn)在能效比已經(jīng)成了優(yōu)先級(jí)更高的指標(biāo)，要想同時(shí)滿(mǎn)足性能和算力的話(huà)，主要方法有四種：一是換一種系統(tǒng)級(jí)計(jì)算架構(gòu)，比如DSA架構(gòu)；二是充分利用3D設(shè)計(jì)，也就是我們常說(shuō)的3D封裝和堆疊技術(shù)；三是從晶體管架構(gòu)上創(chuàng)新，譬如納米管、納米片、CFET和原子溝道等；第四個(gè)則是目前看來(lái)最快捷的一條路線(xiàn)，通過(guò)光刻技術(shù)的發(fā)展直接提升密度。
高NA光刻機(jī)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)
固然高NA EUV光刻機(jī)能夠讓我們挺進(jìn)下一工藝節(jié)點(diǎn)，但它帶來(lái)的好處并不只是增加晶體管密度。先從技術(shù)價(jià)值上來(lái)說(shuō)，0.55的大數(shù)值孔徑與0.33相比，可以實(shí)現(xiàn)尺寸減小2/5的特征圖形，將密度提升2.9倍。其次，高NA EUV光刻機(jī)帶來(lái)了更高的成像對(duì)比度，從而極大改善線(xiàn)寬均勻性，在更少的光刻膠劑量下實(shí)現(xiàn)更少的條紋變化。
光刻機(jī)晶體管密度的變化趨勢(shì) / ASML
對(duì)于使用光刻機(jī)的晶圓廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，以上的優(yōu)勢(shì)減少了多重光刻的需要，也減少了光刻膠的劑量使用，從而降低了整體成本。其次，由于工序的簡(jiǎn)化，曝光后光刻膠圖形邊緣與設(shè)計(jì)圖形之間的邊緣放置誤差也一并減少了。這也一并導(dǎo)致了掩膜處理周期的減少，極大提高整個(gè)晶圓廠(chǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。
有突破就有挑戰(zhàn)
既然高NA EUV光刻機(jī)有這么多好處，ASML為何還不加快進(jìn)度將其造出來(lái)，而是要等到2024年才能出貨呢？答案是目前看來(lái)，這類(lèi)光刻機(jī)的制造和應(yīng)用都面臨著不小的挑戰(zhàn)，以至于在2025年大規(guī)模投入都存在一定阻礙。
0.33NA之后所需的光刻膠厚度 / IMEC
我們先從光刻膠說(shuō)起，高NA EUV光刻機(jī)需要用到更薄的光刻膠，比如小于20nm，這樣才能維持2：1這一理想的線(xiàn)高寬比。否則因?yàn)楦蟮暮穸?，就?huì)超過(guò)這一比例，在曝光階段容易因?yàn)橹匦淖兓l(fā)光刻膠塌陷。除了需要超薄、超高分辨率的光刻膠，還要考慮引入的隨機(jī)效應(yīng)，這種隨機(jī)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致不必要的失效和特征圖形粗糙度，從而影響到芯片的性能，甚至可能會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)失效。
再者就是高NA EUV光刻機(jī)需要用到的新光掩膜，光掩膜對(duì)于芯片的制造來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)樗拿靼祬^(qū)域內(nèi)保存著設(shè)備成品所需的設(shè)計(jì)布局信息。隨著特征圖形尺寸的減小，與理想光掩膜之間的偏差對(duì)最終晶圓圖案的影響也在增加。
為禍作亂者之一就是光掩膜的3D效應(yīng)，比如EUV中，光線(xiàn)以6°的入射角擊中光掩膜，以此產(chǎn)生的反射可能會(huì)產(chǎn)生屏蔽，從而因?yàn)楣庋谀さ木壒试诰A上產(chǎn)生成像誤差。所以必須開(kāi)發(fā)新的變形光掩膜技術(shù)及規(guī)范，才能減輕3D效應(yīng)帶來(lái)的影響。
小結(jié)
在更高的芯片性能需求下，轉(zhuǎn)向高NA的EUV光刻機(jī)已是必然，這類(lèi)光刻系統(tǒng)也能徹底釋放現(xiàn)代晶體管結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的潛力，引領(lǐng)我們走向埃米時(shí)代。但我們也不能就此忘記剛引入EUV光刻機(jī)時(shí)的教訓(xùn)，3年后ASML的高NA EUV實(shí)現(xiàn)高密度已經(jīng)是定數(shù)，但良率和產(chǎn)量問(wèn)題才是這套系統(tǒng)交付后最大的問(wèn)題。
聲明：本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫(xiě)或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人，不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用，如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問(wèn)題，請(qǐng)聯(lián)系本站處理。
舉報(bào)投訴
-
光刻機(jī)
+關(guān)注
關(guān)注
31文章
1201瀏覽量
49004 -
EUV
+關(guān)注
關(guān)注
8文章
615瀏覽量
88948
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
熱點(diǎn)推薦
中國(guó)打造自己的EUV光刻膠標(biāo)準(zhǔn)！
其他工藝器件的參與才能保障芯片的高良率。 ? 以光刻膠為例，這是決定芯片 圖案能否被精準(zhǔn) 刻下來(lái)的“感光神經(jīng)膜”。并且隨著芯片步入 7nm及以下先進(jìn)制程芯片 時(shí)代，不僅需要EUV光刻機(jī)
俄羅斯亮劍：公布EUV光刻機(jī)路線(xiàn)圖，挑戰(zhàn)ASML霸主地位？
? 電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）?在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局中，光刻機(jī)被譽(yù)為 “半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠”，而極紫外（EUV）光刻技術(shù)更是先進(jìn)制程芯片制造的核心。長(zhǎng)期以來(lái)，荷蘭 ASML 公司幾乎壟斷
AI需求飆升！ASML新光刻機(jī)直擊2nm芯片制造，尼康新品獲重大突破
*1(L/S*2)高分辨率。扇出型面板級(jí)封裝（FOPLP）技術(shù)為何會(huì)獲得臺(tái)積電、三星等代工大廠(chǎng)的青睞？比較傳統(tǒng)的光刻機(jī)設(shè)備，尼康DSP-100的技術(shù)原理有何不同？能解決AI芯片生產(chǎn)當(dāng)中的哪些痛點(diǎn)問(wèn)題？ 針對(duì)2nm、3nm芯片制造
壟斷 EUV 光刻機(jī)之后，阿斯麥劍指先進(jìn)封裝
電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道 當(dāng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)陷入 “先進(jìn)制程競(jìng)賽” 的白熱化階段，極紫外（EUV）光刻機(jī)作為高端芯片制造的 “皇冠上的明珠”，成為決定產(chǎn)業(yè)格局的核心力量。荷蘭阿斯麥（ASML）作為全球唯一
EUV光源重大突破！ASML：芯片產(chǎn)量將提升50%
紫外光刻（EUV）設(shè)備的公司。EUV設(shè)備堪稱(chēng)芯片制造商生產(chǎn)先進(jìn)計(jì)算芯片的“神器”，像臺(tái)積電、英特爾等行業(yè)巨頭都高度依賴(lài)它。EUV光刻機(jī)是以1
澤攸科技 | EBL和EUV光刻機(jī)有何區(qū)別？如何影響半導(dǎo)體行業(yè)？
從技術(shù)路徑上看，電子束光刻和大家熟悉的EUV光刻并不是同一類(lèi)問(wèn)題的解法。電子束光刻本質(zhì)上是一種直接寫(xiě)入技術(shù)，利用聚焦電子束在抗蝕劑上逐點(diǎn)曝光，通過(guò)電磁控制精確描繪圖形。這種方式不依賴(lài)掩
光刻機(jī)的“精度錨點(diǎn)”：石英壓力傳感器如何守護(hù)納米級(jí)工藝
在7納米、3納米等先進(jìn)芯片制造中，光刻機(jī)0.1納米級(jí)的曝光精度離不開(kāi)高精度石英壓力傳感器的支撐，其作為“隱形功臣”，是保障工藝穩(wěn)定、設(shè)備安全與產(chǎn)品良率的核心部件。本文聚焦石英壓力傳感器在光刻機(jī)中
國(guó)產(chǎn)高精度步進(jìn)式光刻機(jī)順利出廠(chǎng)
近日，深圳穩(wěn)頂聚芯技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“穩(wěn)頂聚芯”）宣布，其自主研發(fā)的首臺(tái)國(guó)產(chǎn)高精度步進(jìn)式光刻機(jī)已成功出廠(chǎng)，標(biāo)志著我國(guó)在半導(dǎo)體核心裝備領(lǐng)域取得新進(jìn)展。 此次穩(wěn)頂聚芯出廠(chǎng)的步進(jìn)式光刻機(jī)屬于WS180i
【「AI芯片：科技探索與AGI愿景」閱讀體驗(yàn)】+半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)的前沿技術(shù)
%。至少將GAA納米片提升幾個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)。
2、晶背供電技術(shù)
3、EUV光刻機(jī)與其他競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)
光刻技術(shù)是制造
發(fā)表于 09-15 14:50
EUV光刻膠材料取得重要進(jìn)展
電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道 隨著集成電路工藝的不斷突破， 當(dāng)制程節(jié)點(diǎn)持續(xù)向7nm及以下邁進(jìn)，傳統(tǒng)的光刻技術(shù)已難以滿(mǎn)足高精度、高密度的制造需求，此時(shí)，波長(zhǎng)13.5nm的極紫外（EUV）光刻技術(shù)
光刻機(jī)實(shí)例調(diào)試#光刻機(jī) #光學(xué) #光學(xué)設(shè)備
光刻機(jī)
jf_90915507
發(fā)布于 :2025年08月05日 09:37:57
中科院微電子所突破 EUV 光刻技術(shù)瓶頸
極紫外光刻（EUVL）技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)工藝制程的關(guān)鍵路徑，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位。當(dāng)前，LPP-EUV 光源是極紫外光刻機(jī)所采用的主流光源，其工作原理是利用波長(zhǎng)為 10.6um 的紅外
改善光刻圖形線(xiàn)寬變化的方法及白光干涉儀在光刻圖形的測(cè)量
的應(yīng)用。 改善光刻圖形線(xiàn)寬變化的方法 優(yōu)化曝光工藝參數(shù) 曝光是決定光刻圖形線(xiàn)寬的關(guān)鍵步驟。精確控制曝光劑量，可避免因曝光過(guò)度導(dǎo)致光刻膠過(guò)度反應(yīng)，使線(xiàn)寬變寬；或曝光不足造成線(xiàn)寬變窄。采用先進(jìn)的曝光設(shè)備，如極紫外（
ASML官宣：更先進(jìn)的Hyper NA光刻機(jī)開(kāi)發(fā)已經(jīng)啟動(dòng)
電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道，日前，ASML 技術(shù)高級(jí)副總裁 Jos Benschop 表示，ASML 已攜手光學(xué)組件獨(dú)家合作伙伴蔡司，啟動(dòng)了 5nm 分辨率的 Hyper NA 光刻機(jī)開(kāi)發(fā)。這一舉措標(biāo)志著
發(fā)表于 06-29 06:39
?2137次閱讀
電子直寫(xiě)光刻機(jī)駐極體圓筒聚焦電極
電子直寫(xiě)光刻機(jī)駐極體圓筒聚焦電極
隨著科技進(jìn)步，對(duì)電子顯微鏡的精度要求越來(lái)越高。電子直寫(xiě)光刻機(jī)的精度與電子波長(zhǎng)和電子束聚焦后的焦點(diǎn)直徑有關(guān)，電子波長(zhǎng)可通過(guò)增加加速電極電壓來(lái)減小波長(zhǎng)，而電子束聚焦后
發(fā)表于 05-07 06:03
評(píng)論