半导体

发展先进工艺EUV必不可少 切入点须讲究

作者:陈炳欣来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2018-03-13 13:56我要评论

目前,世界半导体制造龙头三星、台积电均已宣布将于2018年量产7纳米晶圆制造工艺。这一消息使得业界对半导体制造的关键设备之一极紫外光刻机(EUV)的关注度大幅提升。此后又有媒体宣称,有的国家将对中国购买EUV实施限制,更是吸引了大量公众的目光。以目前中国半导体制造业的发展水平,购买或者开发EUV光刻机是否必要?中国应如何切实推进半导体设备产业的发展?

中国电子科技集团公司第四十五所集团首席专家柳滨

中国力求2030年实现EUV光刻机国产化

193nm浸没式光刻技术从2004年年底由TSMC和IBM公司应用以来,从90nm节点一直延伸到10nm节点,经历了12年时间。随着7nm工艺的应用要求,193nm浸没式光刻技术需要三到四次光刻,加剧了制造成本的提升和良率的降低。从工艺技术和制造成本综合因素来看,普遍认为EUV设备是7nm以下工艺节点的最佳选择,还要继续往下延伸三代工艺,让摩尔定律再延伸至少10年时间。

EUV除了价格昂贵之外(超过1亿美元的价格),最大的问题是电能消耗大,电能利用率低,是传统193nm光刻机的10倍,因为极紫外光的波长仅有13.5nm,投射到晶圆表面曝光的强度只有光进入EUV设备光路系统前的2%%。在7nm成本比较中,7nm的EUV生产效率在80片/小时的耗电成本将是14nm的传统光刻生产效率在240片/小时的耗电成本的1倍,这还不算设备购置成本和掩膜版设计制造成本的提高。2017年ASML宣布突破250W的EUV光源技术,EUV生产率达到125片/小时的实用化,实现里程碑的突破。

由于光刻技术是集成电路制造产业的核心,EUV是最新一代光刻技术,决定着我国集成电路制造进入国际主流技术和前端技术的关键环节。目前,先进国家的EUV技术已经对我国形成了技术封锁。

我国关注并发展EUV技术已有十几年的时间,在国家02专项的支持下,相关单位取得了EUV光源等关键基础性成果,在国家层面,《中国制造2025》将EUV列为集成电路制造领域的发展重点,并计划在2030年实现EUV光刻机的国产化。

未来十几年时间,围绕EUV技术开展的各项研究和产业化推进将进一步展开,同时随着国际化合作的推动,期盼着国内在该技术领域具有实质性突破,在我国半导体制造产业起到支撑作用。但是应该看到,ASML整个EUV技术商用化过程艰辛,投入的研发经费巨大——超过200亿美元。

家登精密董事长兼执行长邱铭乾

与EUV相关工艺技术要提早投入研究

谈起7nm-5nm工艺升级,要回到一个原点,就是现有的光刻机要做到7nm-5nm,一定是做不下去的,传统的方法是进行3次光刻。然而,这种做法会增加工艺流程,进而降低效率、增加成本。过去,在EUV尚未完善的时候,不得不采用这种做法。随着EUV产品技术的相对成熟,光效提升、曝光速度逐步提高,我相信如果不使用EUV,要做到真正的5nm或者7nm工艺是有困难的。现在业界对于7nm工艺,有7nm、7plus等的细分,其中便有是否采用EUV的因素。如果全部采用EUV生产,产能和良率都有一定问题,因此会部分采用3次曝光的做法,进而出现工艺的细分。

ASML的EUV的光刻机价格高昂也是一个问题。现在中国大陆正在突破28nm工艺,主流技术在45nm-60nm-90nm阶段,进展到14nm-10nm-7nm还有一段路要走。因此什么时候采用EUV需要仔细考虑。此外,在技术上也是一个挑战。目前第一梯队的公司英特尔、台积电、三星,在切入10nm-7nm-5nm之际都花费了大量的时间和资源。后续的第二梯队、第三梯队的公司要想跨过这道门槛也将花费大量的时间和资源。

如果中国大陆半导体厂商有计划向10nm-7nm-5nm推进,建议相关公司要提早进行相应研究,特别是与EUV相关的工艺技术。现在EUV技术还不够成熟,相关公司都在摸索。未来对技术的保密程度会越来越高,3~5年后再开展研究,难度会加大。

企业的发展定位不同,若有些厂商希望成为有量产能力、利润不会很高的厂商,则不需要投入EUV的研发;如果厂商定位的是成为业内翘楚,那就应早点进入EUV领域,因为现阶段没有EUV做不了3nm和5nm,这是很明确的答案。

盛美半导体董事长王晖

中国设备厂要关注与EUV配合衍生的新工艺

EUV是一个新的技术,它的挑战有很多。其中一个挑战就是光源,光源可以使用多长时间?是否需要强光?产生的污染怎么解决?此外,若曝光时间很长,曝光效果就会受到影响。虽然在工艺流程中,采用EUV可以减少曝光次数,但是机器修理次数会增多,最终的结果还是不理想的。

EUV是一个趋势,先进工艺不用EUV肯定不行,但是采用EUV也是一个长期的过程,需要投入大量资源。厂商投入的时间点非常重要。对中国设备厂来说,从长期看,肯定会受到EUV的影响,与EUV配合将衍生新的工艺,在此基础上,相关设备要与之配合。所以中国设备厂要跟踪新的技术进展,注意相关工艺的变化,做好技术上的准备。当然,EUV是一个新技术,中国厂商也刚刚开始接触,要时刻注意与其相关的工艺的变化。如果对现有工艺有冲击的话就应该准备,应该采取积极的态度面对。


责任编辑:诸玲珍

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