英特爾：EUV已準備好，但仍有挑戰待解
2019-08-13
作者
Rick Merritt, EE Times矽谷採訪中心主任
英特爾EUV計畫的負責人Britt Turkot表示，EUV光刻技術已經「做好了準備…並且投入了大量的技術開發」，但要駕馭這個複雜而昂貴的系統來製造大批量領先晶片，工程師們仍然面臨很多挑戰…
英特爾(Intel)EUV計畫的負責人Britt Turkot表示，其極紫外光(EUV)微影技術已經「做好了準備…並且投入了大量的技術開發」。她同時表示，要駕馭這個複雜而昂貴的系統來製造大批量領先晶片，工程師們仍然面臨很多挑戰。
Turkot還介紹，英特爾在俄勒岡州波特蘭市(Portland, Oregon)的巨型工廠中正運作著大如房間的EUV系統，但她並沒有透露EUV將如何或是否用於該公司目前的10奈米(nm)產品或計畫中的7奈米節點。
英特爾是二十多年前幫助開發這項技術的幾個半導體公司之一，但也是最後一家確認使用它的公司。去年，其競爭對手三星(Samsung)和台積電(TSMC)分別宣佈已經在使用EUV系統來擴展其7奈米節點，以在矽晶片上實現最佳的功能或特性。
然而，兩位消息人士指出台積電的N7+僅在4個金屬層上採用了EUV，這意味著它仍然需要在其他金屬層使用傳統浸入式步進器的雙重圖案曝光技術。
台積電的決定可能是「關於輸送量，他們擁有的EUV機器數量，以及成本上的權衡…三星可能會在EUV機器上做更多投入，」一位不願透露姓名的消息人士表示。
每個EUV系統成本高達大約1.5億美元，而商用生產線需要多個EUV。
台積電發言人孫又文表示：「我們確實在多層次中部署了雙重圖案曝光技術。」她拒絕透露台積電在其N7+節點中使用EUV的金屬層數。「基於多種因素考慮同時使用浸入式雙重圖案曝光與EUV技術，EUV的成本和成熟度與浸入式相比當然很重要。」
另外一位消息人士稱，三星正在積極削減其採用EUV的7奈米節點價格，它為一些新創公司提供了一個全面掩模套裝，其價格低於其競爭對手的多層掩模(MLM)套裝。台積電於2007年推出了MLM套裝用以降低小批量生產的成本，而據說三星的全面掩模套裝其成本只有MLM的60%左右。
三星拒絕就其代工廠的產品價格或如何使用EUV發表評論。一位三星高階主管推測，英特爾延遲其10奈米製程的推出時間，部分原因在於其雄心勃勃地計畫使用COAG(contact over active gate)技術。他說，三星將逐步向COAG邁進，但拒絕提供細節。
英特爾工程長(chief engineering officer)Murthy Renduchintala在他最近的一篇部落格文章中用雄心勃勃來描述該公司的10奈米節點。他表示10奈米晶片現已投入生產，而7奈米節點正在良好進展中。
在接受EE Times採訪時，Turkot表示，英特爾還沒有決定將在多少金屬層上採用EUV，並補充說，選擇在哪些層上應用EUV是科學，同時也是藝術。「每層消耗的成本不是一個簡單的計算， 它不是直接經濟學。」
舉例來說，單個EUV曝光可以將層的掩模數減少，有時比率達至5：1。而浸入式步進器的雙重圖案曝光則有助於降低邊緣放置錯誤，她指出。
系統可靠性是影響成本的另一個變數。英特爾目前報告的其EUV系統正常執行時間約為75%~80%。「這個數字長遠來看是不足的，但卻足以引入這項技術，」Turkot說。「我們希望它能達到90年代浸入式的正常執行時間。」
Turkot指出，好消息是停機時間「更容易預測」了。「過去這種情況極不可預測，(這使得)維持產品線，以及進一步開發量產線變得很困難。」
可靠性的改進大部分來自於「瞭解典型意料中的微影工具停機時間，建立專業知識快速診斷問題，並在整個團隊中實施必要的解決方案。」
對EUV輸送量的關注目前主要集中在光源的功率上。EUV光源是一個關鍵且複雜的元件，它透過用雷射擊打一滴熔化的錫來產生光，然而，在實作中，Turkot建議了另一個EUV元件—光收集器，其正在成為保證系統輸送量和正常執行時間的更重要的元素。
英特爾EUV系統的光源功率範圍從205W~285W。在晶圓級別，「由於使用了收集器，它們提供相同的功率，」Turkot說。「但晶圓功率因為收集器的退化每天都在變化。」
這裡，再提到一個好消息，就是「ASML的目標很清晰，透過更換收集器來驅動曝光源功率和停機時間的改善…除去固定開支、更換收集器、恢復系統並減少污染率，ASML在這些方面已取得了很大進展。」
另外，ASML現在提供一種叫做薄膜的保護膜，它可以保護晶圓免受游離粒子的影響，否則游離粒子會污染它們並降低產量。
展望未來，研究人員擔心被稱為隨機指標的隨機誤差問題會破壞或不能完成用EUV系統繪製圖案，這將限制它們在5奈米及以上的應用。
Turkot卻對此表示樂觀，隨著EUV光源和抗蝕劑化學方面的進步，這些問題會得到改善。
「光子射擊雜訊可以透過更大的曝光度來克服。而抗蝕劑中化學方面的進步則需要抗蝕劑界進行大量研發工作。」
「他們必須瞭解高能量曝光產生的二次電子和離子中材料的化學反應…目前還沒有就物質隨機指標的度量達成共識，」Turkot強調，儘管已經有很多論文探討了這個主題。
「對於目前EUV的使用，我不認為隨機指標會對產量有影響，但當EUV擴展到5奈米及以上節點時，這會是一個潛在的限制因素。等到那一天，期望抗蝕劑供應商已經對其有足夠的理解可以克服它。關鍵是現在就要努力。」
Turkot回想第一次看到今天的EUV系統時，「它的龐大規模和複雜性是碾壓性的」，而用於3奈米及以上節點的下一代系統還要大得多。
總體而言，Turkot認為有機會採用這個龐大的系統來推動半導體技術發展是「非常有價值的」。「與任何新平台一樣，EUV的完善需要付出很多努力。我們的整體目標是實現無縫過渡，在晶片生產過程中看不出有什麼不同。」
(參考原文： Intel Says EUV Ready, Challenging，by Rick Merritt)
本文同步刊登於EE Times Taiwan 8月號雜誌
