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7納米之下,昂貴的光罩成本不改EUV設(shè)備光明前景

根據(jù)一項(xiàng)最新公布的調(diào)查結(jié)果,芯片產(chǎn)業(yè)高層對(duì)于極紫外光(extreme ultraviolet lithography,EUV)微影以及多電子束光罩寫入技術(shù)(multibeam mask writers)越來(lái)越樂觀,認(rèn)為在生產(chǎn)尖端半導(dǎo)體組件變得越來(lái)越復(fù)雜與昂貴的此時(shí),新一代系統(tǒng)將有助于推動(dòng)工藝演進(jìn)。

上述調(diào)查是由產(chǎn)業(yè)組織eBeam Initiative在今年夏天執(zhí)行,對(duì)象為75位半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)菁英;有75%的受訪者表示,他們預(yù)期EUV將會(huì)在2021年以前被量產(chǎn)工藝應(yīng)用。也有1%的受訪者認(rèn)為EUV不會(huì)問(wèn)世,但該數(shù)字已經(jīng)比2016年的6%低了許多;2014年進(jìn)行的調(diào)查更有35%受訪者不看好EUV技術(shù)。dTmesmc

產(chǎn)業(yè)界資深人士、eBeam Initiative發(fā)言人Aki Fujimura表示,他認(rèn)為EUV毫無(wú)疑問(wèn)將會(huì)在接下來(lái)幾年開始應(yīng)用于7納米以下工藝。包括英特爾(Intel)、三星(Samsung)以及臺(tái)積電(TSMC)已經(jīng)對(duì)EUV技術(shù)開發(fā)商ASML投資了數(shù)十億美元;ASML并為了EUV開發(fā)收購(gòu)了光源技術(shù)供貨商Cymer,以推動(dòng)目前復(fù)雜且昂貴的技術(shù)更向前邁進(jìn)。dTmesmc

Fujimura是一家利用GPU加速光罩缺陷修復(fù)的半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)者D2S的執(zhí)行長(zhǎng),他指出:“在過(guò)去幾年,7納米與5納米的問(wèn)題越來(lái)越糟糕,大家終于承認(rèn)我們必須要讓EUV成真,否則整個(gè)產(chǎn)業(yè)都會(huì)遇到麻煩?!?br>20170913-EVU-1
一項(xiàng)針對(duì)75位芯片產(chǎn)業(yè)具影響力高層的調(diào)查顯示,廠商對(duì)EUV技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的態(tài)度越來(lái)越樂觀(來(lái)源:eBeam Initiative)dTmesmc

轉(zhuǎn)變的過(guò)程不會(huì)太容易;芯片廠商們預(yù)期在7納米工藝節(jié)點(diǎn)仍將采用現(xiàn)有的浸潤(rùn)式微影步進(jìn)機(jī),之后在某些工藝步驟改用EUV,以降低對(duì)多重圖形的需求。Fujimura表示:“EUV是如此新穎的技術(shù),需要在機(jī)器設(shè)備以及生態(tài)系統(tǒng)的龐大投資才能支持,并非一蹴可幾;你必須一步步慢慢來(lái),而不是馬上就要求EUV做到最好?!?span style="display:none">dTmesmc

根據(jù)另一項(xiàng)針對(duì)前十大光罩制作廠商的調(diào)查顯示,過(guò)去12個(gè)月來(lái),光罩制造商已經(jīng)制作了1041個(gè)EUV光罩,該數(shù)字在上一個(gè)年度是382;此外EUV的光罩良率目前為64.3%,而同期間曝光的46萬(wàn)2792個(gè)光罩平均良率則為94.8%。對(duì)此Fujimura表示,如果把該數(shù)字看做新創(chuàng)公司的獲利率,可能有人會(huì)說(shuō)64.3%是令人驚艷的高水平。
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對(duì)EUV仍抱持懷疑態(tài)度的產(chǎn)業(yè)界人士已經(jīng)幾乎不存在(來(lái)源:eBeam Initiative)dTmesmc

芯片產(chǎn)業(yè)界高層們也對(duì)多電子束光罩寫入技術(shù)前景樂觀,預(yù)期該技術(shù)能在2019年底以前獲得量產(chǎn)工藝采用,只比2016年調(diào)查時(shí)所預(yù)測(cè)的晚一年;今年的調(diào)查也顯示,現(xiàn)有的可變形電子束(variable shaped beam,VSB)光罩寫入技術(shù),會(huì)比預(yù)期使用更長(zhǎng)時(shí)間。dTmesmc

這種轉(zhuǎn)變是由于先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的光罩組成本急遽上升,然而調(diào)查也顯示,光罩業(yè)者指出光罩寫入次數(shù)大致看來(lái)維持穩(wěn)定。Fujimura表示,光罩寫入次數(shù)在掌控中,部份是因?yàn)樽钚碌腣SB系統(tǒng)達(dá)到了1200 Amps/cm2的性能。dTmesmc

不過(guò)數(shù)據(jù)集以及缺陷增加,在先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)會(huì)延長(zhǎng)光罩周轉(zhuǎn)時(shí)間(mask turnaround times);Fujimura指出:“每一個(gè)關(guān)鍵層的光罩成本逐漸上升,光罩的數(shù)量也變得非常高。”確實(shí),如受訪者所言,7~10納米節(jié)點(diǎn)的光罩層數(shù)平均為76,有一家廠商甚至表示達(dá)到112層;20納米平面工藝的平均光罩層數(shù)為50,而130納米節(jié)點(diǎn)平均光罩?jǐn)?shù)則為25層。
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越精細(xì)先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)所需光罩?jǐn)?shù)越多(來(lái)源:eBeam Initiative)dTmesmc

“超過(guò)100層的光罩真是非?;闹?;”Fujimura表示:“我們會(huì)看到EUV量產(chǎn)之后將發(fā)生什么事;”EUV需要的光罩層數(shù)會(huì)低于浸潤(rùn)式微影,但EUV光罩會(huì)更復(fù)雜,成本也更高昂。在此同時(shí),調(diào)查顯示7~10納米工藝的光罩周轉(zhuǎn)時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)到12天,這有部份原因是數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(data preparation)所需時(shí)間平均達(dá)到約21小時(shí)。dTmesmc

此外當(dāng)芯片工藝來(lái)到7納米,光罩工藝校準(zhǔn)(mask process correction,MPC)現(xiàn)在已經(jīng)成為慣例需求;根據(jù)調(diào)查顯示,此步驟平均需要額外的21小時(shí):“MPC需求激增,添加這個(gè)額外步驟也會(huì)帶來(lái)額外的運(yùn)作時(shí)間?!?span style="display:none">dTmesmc

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Rick Merritt
EE Times硅谷采訪中心主任。Rick的工作地點(diǎn)位于圣何塞,他為EE Times撰寫有關(guān)電子行業(yè)和工程專業(yè)的新聞和分析。 他關(guān)注Android,物聯(lián)網(wǎng),無(wú)線/網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)療設(shè)計(jì)行業(yè)。 他于1992年加入EE Times,擔(dān)任香港記者,并擔(dān)任EE Times和OEM Magazine的主編。
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