ASML谈EUV光刻机未来的发展

光刻人的世界 昨天
在2018年末，三星和台积电推出了具有5至7个EUV层的7nm晶圆代工逻辑工艺，两家公司在整个2019年也都加快了这些工艺的生产，现在正在大量生产中。进入今年，三星和台积电都在加快具有12至14个EUV层的5nm晶圆代工逻辑工艺的进度，而英特尔正在研究明年有望基于EUV的7nm工艺。英特尔的7纳米制程密度应与三星和台积电的5纳米制程相当。

三星还于2019年末推出了其1z DRAM工艺，该工艺最初是光学的，但随后过渡到单个EUV层。2020年3月下旬，三星宣布已出货100万个基于EUV的DRAM模块。三星的下一代DRAM工艺，即所谓的1c代DRAM有望具有4个EUV层。

显然，EUV已被公认为是领先逻辑和DRAM生产关键层的最佳解决方案。

而在今年的SPIE高级光刻会议，ASML的Mike Lercel展示了公司EUV的四个方面：

1、当前的生产是使用0.33NA系统完成的，ASML给出了这些系统的当前状态和路线图。
2、EUV源是系统的关键组成部分，并描述了新的改进源的详细信息。
3、生产0.5NA系统以提高分辨率和生产率的工作状况。
4、ASML收购了HMI，并将继续开发其多光束– Ebeam晶圆检测技术。

0.33NA系统


关于这方面，ASML的总结如下图所示：


截至2019年底，ASML已交付了53套系统，并且在该领域已曝光超过1000万片晶圆。图2展示了按季度分列的发货系统和曝光的晶圆。

图2

图2的一个特别令人印象深刻的方面是背景照片，该照片显示了在未公开客户现场安装的成排的EUV系统。

该领域的当前系统是NXE：3400B，该系统现在已经证明一周平均每天> 1,900 wpd，最好的一天超过2,700 wpd。

图3说明，平均可用性现在已达到85％，而系统的前10％则为90％。90％一直是3400B系统的目标，ASML继续努力将3400B系统的可用性提高到90％左右。

图3

ASML现在已经开始交付下一代系统NXE：3400C。

NXE：3400C具有改进的光学性能和机械吞吐量，与3500B相比，新机器在在20mJ/cm²下可获得每小时160片晶圆（wph）的效率，在30mJ/cm2下则能获得135 wph的效率，那就意味着吞吐量提高了约20％。

在3400B，设备的指定为20mJ/cm²用于生产量，而30mJ/cm²则是因为需要随着特征尺寸的缩小而增加。作者注意到，我相信即使对于7nm晶圆代工逻辑，目前的数字仍高于30mJ/cm²。

3600C对系统进行了几处改进，以提高可用性。据相关数字透露，他们的目标是将其可用性提高到95％，这将与DUV系统所达到的可用性相同。这些改进将在源代码的论文中进一步讨论。

ASML预计在2021年中期以30mJ/cm²交付具有160 wph吞吐量的NXE：3600D，并且更长期地计划推出以30mJ/cm²达到220wph的系统。吞吐量不断提高的关键是更高的光源功率（请参见EUV光源部分）和更快的机械处理。

在不断提高dose准确性，覆盖（overlay），CD均匀性（uniformity ）和聚焦均匀性（uniformity ）的同时，实现了这些吞吐率的提高。


EUV光源


3400B系统上最大的可用性损失原因是液滴产生器和收集器反射镜，见图5。

图5

3400C系统通过自动重新装锡发生器，快速更换墨滴喷嘴（droplet nozzle）和方便检修门以快速更换收集器镜（mirror swaps）来解决这些问题。


聚光镜的寿命也在不断提高，而功率也在增加。


这些改进的最终结果是在现场将3400C系统的正常运行时间目标定为95％。

为了实现吞吐量的不断提高，ASML将继续提高电源功率。图8说明了电源功率的趋势。请注意，从研究到大批量生产的时间大约为2年，因此我们可能会在2022年左右看到500瓦的电源（目前的电源大约为250瓦）。


0.5NA系统


曝光系统的分辨率与NA成反比。随着关键尺寸的缩小，0.33NA EUV系统将需要multi-patterning才能印刷出最小的特征。高NA系统的目标是使0.33NA系统的覆盖率和生产率匹配，同时使单程光刻技术扩展到更小的特征。

0.5NA系统的光学系统是变形（anamorphic）的，即在一个方向上的放大倍数为4x，在正交方向上的放大倍数为8y。这导致场大小是具有相同标线片大小的4x/4y系统的场大小的1/2。为了实现高生产率目标，掩模台的加速度是0.33NA系统的4倍，晶圆台的加速度是0.33NA系统的2倍。


快速阶段中传输的改进导致在相同吞吐量下，0.55NA系统比0.33NA系统的吞吐量有所提高。这里应该注意，为0.55NA系统开发的一些高速sateg技术正在0.33NA系统上实现，以进一步提高这些系统的吞吐量。


目前，ASML正在实现晶圆和掩模台加速并最终确定架构。这与0.33NA系统的主要区别在于新的光学系统和更快的stage，尽管更快的stage技术再次用于0.33NA系统。

0.55NA系统还需要更好的对准和水平度。ASML当前正在测试特定配置，以确定高加速度下的颗粒生成，并开始收集一些第一批传感器数据。

ASML还在世界各地的各种设施中构建0.55NA系统的基础架构。

1、康涅狄格州的ASML Wilton负责标线阶段。
2、系统将在荷兰Veldhoven的ASML总部组装。
3、德国Oberkochen的Ziess负责光学制造。
4、光源是加利福尼亚圣地亚哥的ASML负责。

目前公司有4个系统在订购中，预计将在2022/2023年的时间范围内可用。

多光束EBeam


ASML收购了HMI，并继续追求HMI多光束EBeam曝光技术。电子束检查具有很高的分辨率，但检查0.1％的芯片大约需要2个小时，非常缓慢。

多光束方法利用3x3阵列中的9个光束同时扫描。图11说明了基本工具概念。


现在，ASML已证明光束之间的串扰小于2％，并且他们正在利用DUV曝光工具中的stage技术来提高多光束系统的通量。他们的目标是将吞吐量提高5-6倍，并且长期使用25光束系统。

毫无疑问，EUV现在是用于领先工艺的关键光刻的首选解决方案。ASML继续展示当前的0.33NA生成系统和下一代0.55NA系统的开发进展。

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转自：半导体行业观察
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