EUV微影前進7nm製程，5nm仍存在挑戰

EUV微影技術將在未來幾年內導入10奈米(nm)和7nm製程節點。

不過，根據日前在美國加州舉辦的ISS 2018上所發布的分析顯示，實現5nm晶片所需的光阻劑仍存在挑戰。

極紫外光(extreme ultraviolet;EUV)微影技術將在未來幾年內導入10奈米(nm)和7nm製程節點。

不過，根據日前在美國加州舉辦的年度產業策略研討會(Industry Strategy Symposium;ISS 2018)所發布的分析顯示，實現5nm晶片所需的光阻劑(photoresist)仍存在挑戰。

同時，EUV製造商ASML宣布去年出貨了10台EUV系統，今年將再出貨20至22台。

該系統將擁有或至少可支持每小時生產125片晶圓所需的250W雷射光源。

IC Knowledge總裁Scotten Jones表示：「在7nm採用EUV的主要部份已經到位，但對於5nm來說，光阻劑的缺陷仍然高出一個數量級。

」

經過20多年的發展，新的和昂貴的系統均有助於為下一代晶片提供所需的優質特性，並縮短製造時間。

Scotten說，這些系統將首先用於製造微處理器等邏輯晶片，隨後再應用於DRAM，但現今的3D NAND快閃記憶體晶片已經不適用了。

「EUV大幅減少了開發周期以及邊緣定位的誤差...，但成本降低的不多，至少一開始時並不明顯。

此外，還有其他很多的好處，即使沒什麼成本優勢，它仍然具有價值。

」

Jones預計，ASML將在2019-2020年之間再出貨70台系統。

這將足以支持在Globalfoundries、英特爾(Intel)、三星(Samsung)和台積電(TSMC)規劃中的生產節點。

除了EUV系統本身，其他重要的挑戰還包括薄膜、光罩測試儀和抗蝕劑(來源：ASML)

Jones表示，ASML計劃將系統的正常運行時間從現在的75%提高到90%，這同時也是微影技術業者最關切的問題。

此外，他表示相信該公司將會及時發布所需的薄膜，以保護EUV晶圓避免微塵的污染。

為了開發針對5nm可用的抗蝕劑，「我們有12到18個月的時間來進行重大改善。

業界將在明年產出大量晶圓，這將有所幫助。

」Jones並估計，到2019年晶圓廠將生產近100萬片EUV晶圓，到了2021年更將高達340萬片晶圓。

ASML的目標是在2020年時，將其250W光源所能達到的每小時145片晶圓的吞吐量提高到155片/時。

ASML企業策略和營銷副總裁Peter Jenkins在ISS上指出，該公司已經展示實驗室可行的375W光源了。

目前該公司的薄膜已經能通過83%的光線了，至今也以245W光源進行超過7,000次的晶圓曝光測試了。

然而，第二代7nm節點在搭配用於250W或更高的光源時，預計還需要一個傳輸率達到90%的薄膜。

GF、英特爾、三星與台積電的7nm版本

Jones談話中最有趣的部份內容就是對於10nm、7nm和5nm節點的詳細分析。

台積電去年秋天通過7nm製程，目前正使用現有的光學步進器實現量產。

他說，Globalfoundries將在今年晚些時候推出類似的製程。

兩家公司計劃在明年初量產第二代7nm製程，採用EUV製作觸點和通孔，將15個光學層數減少到5個EUV層。

這一製程可望縮短周期時間，而且不需要薄膜。

Globalfoundries去年六月份宣布在2019年採用EUV實現7nm的計劃。

Jones「台積電私下告訴客戶也計劃如此。

」瓊斯說。

晶片製造商可能必須使用30mJ/cm2劑量的抗蝕劑，這高於其目標的20mJ/ cm2。

他們還可能必須使用電子束系統檢查光罩的缺陷，而不是像EUV系統一樣使用13.5mm波長尋找缺陷的光化系統。

Globalfoundries、三星和台積電除了使用觸點和通孔外，還計劃為不同的7nm版本使用EUV和薄膜來製作1x金屬層。

這些製程將提供微縮，並使23層光學層減少到9層EUV。

這正是三星將在明年初推出的首款7nm節點，即7LPP。

台積電的7FF+版本，預計將在2019年中期推出，Globalfoundries則將在明年年底推出7LP+。

Jones詳細介紹了他預計到2020年將會看到的各種10nm、7nm和5nm製程版本

Jones表示，英特爾目前使用的10nm製程採用光學步進器實現量產，提供的密度相當於其競爭對手所能實現的最佳7nm版本。

他預期英特爾將在2019年採用EUV升級10nm+製程。

三星和台積電已經在討論可能在2019年底前提供5nm製程。

他們應該會是第一批使用EUV製造1D金屬層的製造商。

他說，如果有更好的抗蝕劑出現，這個製程就能使用EUV減少多達5個切割光罩，讓FinFET減少到僅使用1個光罩。

另外，Jenkins表示，ASML已經為支持高數值孔徑(NA)的EUV系統完成光學設計部份了，而且整體設計「順利」。

該公司已於2016年底宣布計劃在2024年量產該新系統。

儘管EUV是推動半導體產業製造更小晶片的重要里程碑，但預計並不至於顛覆目前的晶片製造設備和裝置市場。

Jones說，晶圓廠將會持續需要大量的現有資本設備和供應，才能與EUV一起邁向未來的製程節點。