半导体光刻机专家交流–20221226

1、图形化工艺在芯片制造中的作用和发展趋势，以及光刻机和相关设备的工作原理和重难点？ 图形化工艺首先需要基础的单晶硅进行切片作为基底，然后刻上一层层设计好的三维立体电路图，然后进行各种工艺的加工，比如长一层膜，或者注入各种离子提高导电性。 总之每一层都要图形化，打好底稿，再进行相应的加工工艺成为晶圆，最后进行相应切割和封装则成为成品。 图形化工艺的发展最开始是4寸时的贴近式曝光，就是把图形刻在掩膜版上，接着把晶圆和掩膜版贴在一起，然后照射激光，将图形刻在晶片上，但贴近式曝光有很大局限性。 后发展到6寸、8寸和12寸的非贴近式曝光，一种是步进式光刻机，用于老设备，一个个图形像盖章盖过去；另一种是扫描式曝光，现在主流设备都在用。 除了光刻机本身构造，光源也是难点。 芯片线宽越做越小，要求的激光光源的波长也越来越短，最早我们用Glight，用高电压高电流激励后发出436nm波长的光，后来衍生到 365nm的Ilight。 随着发展的需求，后来又出现248nm的DUV，接着193nm的DUV，现在最先进的是EUV，达到13.5nm的波长，全球最先进的光刻工艺可以达到5nm。 光刻机和航天发动机都是工业上最难的东西：难点一在于激光在波长变短的时候呈现波粒二象性，震荡过程中损耗能量大，传递距离短；难点二在于现有干法光刻和浸润式光刻，前者以空气为介质，后者以水为介质，后者的难度大大增加，因为将镜头浸在水膜中进行曝光是非常难以控制的，水的纯度、气泡、杂质、电导率、呈现在镜头的方式都有影响。 并且水会挥发，挥发带走热量，影响镜头温度，从而影响图像变化，这种失真难以控制；难点三在于激光选型，用什么样的激光达到对应形貌也需要考虑；难点四在于掩膜版上的同步性难于控制，现在的扫描式的曝光都是连续的曝光，需要掩膜版，也就是目标图形、晶圆和镜头的同步响应非常好，一旦产生偏差，都会产生图像的失真；难点五在于光刻机很贵，所以需要的产能要求也很高，随着运作速度加快，要求的加速度和减速度要更快，但机械控制很难。 难点六在于对准，随着图形越小，标准点也越小，对准也越来越难。 所以能做光刻机的公司非常少，最有名的就是ASML，中国也有，在后端做的不错，并且一台光刻机相当于一台美国F16战机的价格。 2、尼康和佳能也在做光刻机，尼康也在官网上说能做7nm的工艺，是真的吗？ 不知道，但是可以说下三家的市占率，4寸和6寸的时候基本是尼康、佳能，8寸的时候主体还是尼康和佳能，但开始有ASML，12寸的时候 60%就都是ASML，同时尼康份额还是大于佳能的。 浸润式曝光最早是佳能的工程师在一次技术峰会上提出的概念，光在水中会折射，折射率为1.44，激光在掩膜版上发生衍射，将图形发生展开，但是是尼康和ASML将其成功产业化。 3、从技术上来说缩小波长、换折射率更大的浸润材料、还是加大镜头的数值孔径，哪个参数是未来最主要的？首先分辨率公式为分辨率，K1是工艺常数，是波长，N.A.是数值口径。 首先是，激光波长越短，分辨率越小，达到更细线宽，如今13.5nm的能量很小，损耗大，所以在EUV之前用的都是投射式，光透过一片片光学晶片投射到晶圆上，但能量损耗大，后来使用反射式，能量损耗小，13.5nm再往下就能难，目前只有美国Cymer能做，这也是ASML要收购这家公司的最大原因。 第二是NA数值口径，NA越大越好，线宽越来越小，但NA其实也是有极限的，所以要用浸润式曝光，用曝光介质的折射率的变化来增大NA，现在用水将NA提高到大于1，分辨率变小，尺寸也做越小，但再往后很难。 因为水的控制很难，水需直接接触镜头和晶圆，细菌、尘埃、酸根、粒子都会对晶圆产生破坏，从而破坏器件，现在用的都是超纯水，但即使这样还是有很多缺陷。 第三是K1是工艺常数，调整工艺后K1就会变小，例如doublepattern大马士革工艺改善K1，从而改变线宽。4、您提到全球前三的厂商，他们的光刻在12寸上能做到什么线宽水平呢？ 或者在同等水平性能参数或应用上有明显差距吗？ 这三家能做多少nm该用他们官网主页上的东西去看，也肯定会做的更小，提高参数。 比如官网上说光刻机组装后标准线宽做到40nm，但所有工厂工程师都会不断调试做的更小，但具体多小不确定，因为做逻辑和存储的标准不一样。 5、日本的两家公司的光刻机机台和ASML机台在生产效益或哪些有差异？主要是线宽。 ASML最大优势在于与客户有良好交流和一起研发，日本的两家受传统文化影响不怎么开放，ASML也会提供客户一些底层的资料，让我们能更好更快完善设备，日本不会提供底层技术。 尼康和ASML都有浸润式，但是ASML做得线宽更小，12寸中佳能现在基本只做KrF和Ilight的市场，Ilight365nm的市占率还好，但 248nm市占率很小，并且发展的也不好。 尼康现在做365nm、248nm和193nm，ASML现在有365nm、248nm、193nm和13.5nm。但整体10nm以内的工艺很难突破。 6、如何评价上海微电子等国内厂商的光刻机水平，比如技术储备和研发水平？ 上海微电子是国内最早做光刻机的厂商之一，研究平台不错，且比较快迈入twinscan的构架，twinscan是有两个stage，可放两片晶圆，同时去动。 上海微电子单个stage和twinscan都有。 且本身机台不错，在线宽要求不高的情况下，是可以用上海微电子的。 7、怎么看待上海微电子现在说明年能交付28nm的光刻机？当然希望可以。 图形工艺实际需要光刻机和涂胶机合作才能完成。 光刻机的差距还很大，但涂胶机差距很小，技术规格小。 上海微电子很早研发twinscan和laser是它的优势，但镜头问题还需要解决。 ASML自己的镜头也做不了，得用蔡司的。 难点在于：第一镜头里面有很多光学镜片结合在一起，每一片的设计都很难，镜头组选型也很难；第二是镜片表面的镀膜非常重要，镀膜的质量决定了寿命和图像失真情况；第三是控制镜头运动来对焦取准很难，导致图像失真，因此要在镜头里添加运动机械来来补偿失真，总体很难。 上海微电子没有EUV，没有13.5nm的光源，没有很好的浸润在水中的镜头，这是它的硬伤，从而难于和ASML抗衡。 8、华为或微电子等公司攻克28nm以下的制程怎么看，以及商业零部件角度看去美化哪些设备很难？认为很有希望。 比如中芯国际很早就能做到40、45nm的工艺，但避开美方技术很有挑战，因为产线很多工艺和其他环节需要其他的设备，都有美方工艺需要攻克的，其中光刻机最为重要，只要光刻机攻克，其他都可以解决。 40nm、45nm的非美产线是可能的，28nm也有希望，但13.5nm的激光是被垄断的，关键是浸润式曝光和镜头的突破，但是先进制程做不了。 目前全球来看，佳能、尼康是有自己的光学实验室的，蔡司的技术保密也非常严格，虽然中国有自己光学实验室，但很难攻克。 9、只要有蔡司的镜头我们就可以做40nm或28nm吗？ 是的，激光源选用193nm的就可以，但不确定现在国内是否有人做，但有希望做。 10、尼康现在也比较有动力去配合华为实现去美化，加上中国合作，尼康的研发实力能让它的制程向ASML那边去突破吗？觉得日本人首先要转变他们的传统观念，观念限制研发，若能和华为联合研发完全可以。 尼康本身有浸润式曝光机，并且可以媲美ASML光刻机，且有自己镜头。 11、如何看待华为要做光刻机的说法？一年很难做出光刻机。 12、现在购买ASML是否仍有限制？日常维护的限制？ 其实中芯国际很早就下了订单给ASML，但ASML一直都没有发货。 EUV国内大陆一台暂时都还没有，只有台湾有。 EUV的机台是要抽真空的，一次pumpdown就要24小时，零部件专业，且买不到，维护也很困难。