与非网 7 月 14 日讯,想要制造 5nm 及更先进的芯片,那是一定离不开 EUV 光刻技术的。

 

光刻是集成电路最重要的加工工艺,他的作用,如同金工车间中车床的作用。在整个芯片制造工艺中,几乎每个工艺的实施,都离不开光刻的技术。光刻也是制造芯片的最关键技术,他占芯片制造成本的 35%以上。在如今的科技与社会发展中,光刻技术的增长,直接关系到大型计算机的运作等高科技领域。

 

光刻技术的原理

光刻就是把芯片制作所需要的线路与功能区做出来。利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光,光刻胶见光后会发生性质变化,从而使光罩上得图形复印到薄片上,从而使薄片具有电子线路图的作用。这就是光刻的作用,类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上,而光刻刻的不是照片,而是电路图和其他电子元件。

 

在微电子技术的发展历程中,人们一直在研究开发新的 IC 制造技术来缩小线宽和增大芯片的容量。我们也普遍的把软 X 射线投影光刻称作极紫外投影光刻。在光刻技术领域我们的科学家们对极紫外投影光刻 EUV 技术的研究最为深入也取得了突破性的进展,使极紫外投影光刻技术最有希望被普遍使用到以后的集成电路生产当中。它支持 22nm 以及更小线宽的集成电路生产使用。EUV 是目前距实用化最近的一种深亚微米的光刻技术。波长为 157nm 的准分子激光光刻技术也将近期投入应用。如果采用波长为 13nm 的 EUV,则可得到 0.1um 的细条。

 

EUV 技术将为芯片制造设备市场带来巨大收入

据《日本经济新闻》报道,EUV 技术每年能够为芯片制造设备市场带来的的价值超过 6 万亿日元(约合 565 亿美元、3970 亿人民币)。目前,荷兰光刻机制造商 ASML 在光刻机市场中占据主导地位,也是唯一能生产 EUV 光刻机的厂商。台积电、三星电子等全球领先的芯片制造商从 2019 年开始用 ASML 生产的 EUV 光刻机生产芯片。

 

另外,5G 和其他先进技术的发展也导致高端芯片需求量增长,进一步驱动着 EUV 市场的发展。在这一风口下,芯片设备制造商正努力开发与 EUV 光刻技术配套的其他设备。日本厂商成为这一领域的活跃者,正加大对 EUV 光刻检测设备、EUV 光源设备的投入。

 

日本看好 EUV 市场

2020 财年,东京电子计划投入 1350 亿日元(约合 12.5 亿美元、87.8 亿人民币)用于 EUV 设备的研发,该研发项目将于 2020 年 3 月 31 日结束。另外,东京电子计划拿出今年合并销售额的 10%(预计为 1.28 万亿日元,约合 843.9 亿人民币),用于巩固其在 EUV 设备领域的前沿地位。

 

东京电子总裁河井俊树说:“如果 EUV 得到广泛应用,对于高端设备的需求将会增加。”

 

另一家日本半导体设备公司 Lasertec 凭借芯片检测设备从 EUV 技术风口中获利。从去年 7 月至今年 3 月,Lasertec 赢得价值 658 亿日元(约合 43.4 亿人民币)的 EUV 适用检测设备订单,订单额比去年同期增长 2.2 倍,预计该设备的订单将占据 Lasertec 全年订单的三分之二。

 

EUV 技术的进展还是比较缓慢的,而且将消耗大量的资金。尽管目前很少厂商将这项技术应用到生产中,但是极紫外光刻技术却一直是近些年来的研究热点,所有厂商对这项技术也都充满了期盼,希望这项技术能有更大的进步,能够早日投入大规模使用。

 

EUV 光刻技术前景

在摩尔定律的规律下,以及在如今科学技术快速发展的信息时代,新一代的光刻技术就应该被选择和研究,在当前微电子行业最为人关注,而在这些高新技术当中,极紫外光刻与其他技术相比又有明显的优势。极紫外光刻的分辨率至少能达到 30nm 以下,且更容易收到各集成电路生产厂商的青睐,因为极紫外光刻是传统光刻技术的拓展,同时集成电路的设计人员也更喜欢选择这种全面符合设计规则的光刻技术。极紫外光刻技术掩模的制造难度不高,具有一定的产量优势。

 

EUV 光刻技术设备制造成本十分高昂,包括掩模和工艺在内的诸多方面花费资金都很大。同时极紫外光刻光学系统的设计和制造也极其复杂,存在许多尚未解决的技术问题,但对这些难关的解决方案正在研究当中,一旦将这些难题解决,极紫外光刻技术在大规模集成电路生产应用过程中就不会有原理性的技术难关了。

 

中芯表态

光刻是半导体芯片制造中最费时间也是最费成本的环节之一,而且它决定了芯片的工艺水平,常说的 nm 工艺主要是看光刻机水平,10nm 工艺之后难度越来越大,光刻机也需要升级到 EUV 级别。

 

台积电在第一代 7nm 工艺上没有使用 EUV 光刻机,但是 7nm 之后的工艺就很难避开 EUV 光刻机了,理论上可以用多重曝光的方式制造 5nm 级别的芯片,但是成本、良率都是个问题,无法拒绝 EUV 光刻机。

 

目前 EUV 光刻机只有荷兰 ASML 公司才能生产,单台售价超过 1.2 亿欧元,约合 10 亿元一台,此前报道称中芯国际订购了一台 EUV 光刻机用于先进工艺研发,本应该在 2019 年交付,不过 ASML 公司一直没被批准出售。

 

在回应投资者提问时,中芯国际董事长兼执行董事周子学表示,关于设备采购公司依据相关商业协议进行,不对单一设备的采购情况进行评论。公司目前量产和主要在研项目暂不需用到 EUV 光刻机。根据中芯国际之前所说,在 14nm 工艺之后,中芯国际还有 N+1、N+2 代工艺,其中 N+1 工艺相比于 14nm 性能提升 20%、功耗降低 57%、逻辑面积缩小 63%,SoC 面积缩小 55%,之后的 N+2 工艺性能和成本都更高一些,这两个工艺都不需要 EUV 光刻机。