EUV微影时代真的快来了

尽管所花的时间与成本几乎比所有人预期得要多，半导体产业终于还是快要盼到极紫外光(extreme ultraviolet，EUV)微影技术的大量生产──在近日于美国旧金山举行的2017年度Semicon West半导体设备展，微影设备大厂ASML宣布该公司已经达成了最重要且长期难以突破的里程碑：250瓦(watt)的EUV光源。

光源功率(source power)──也就是传送到扫描机以实现晶圆曝光的EUV光子(photon)数量之量测值──直接等同于生产力，芯片制造商一直以来都坚持250瓦的光源功率是达成每小时125片晶圆(WPH)生产量的必要条件，而且将ASML与光源技术供应商Cymer (已在2013年被ASML收购)未能实现该光源功率目标，视为EUV微影在近年来发展不顺的主要原因。

在Semicon West期间，ASML行销策略总监Michael Lercel则表示，该公司已经实现了250瓦光源，而且不但是：“透过真正了解光源的转换效率达到了一致性，也实现了正确的控制；”不过他补充指出，经证实的250瓦光源还没正式出货。

包括英特尔(Intel)、三星(Samsung)、台积电(TSMC)与Globalfoundries等顶尖芯片制造商，都打算在接下来两年将EUV微影导入量产制程，ASML在今年2月展示了104WPH的生产量，该公司高层并声称，甚至在250瓦光源实现之前，该公司的微影设备可达到125WPH的产量。

与2012年约25瓦的光源相较，250瓦光源意味着十倍的进步；Lercel在简报EUV生产经济学时笑言，当他在几年前仍任职于Cymert时，达到250瓦光源功率：“永远都是明年的目标。”他表示，ASML目前在EUV领域有14种开发工具，已曝光超过100万片晶圆，光是过去一年就曝光了50万片；ASML的NXE:3400B量产型EUV微影设备已在今年稍早首度出货。

截至4月份，ASML积压了21台EUV系统等待出货，据说其中有大部分是英特尔的订单；而ASML应该会在第二季财报发布时提供未出货订单的更新数字。

EUV技术可追溯至1970年代X光微影开发过程不顺的那时候，而半导体产业原本期望能在2010年就开始利用EUV微影量产，但该技术一再推迟；有人估计，产业界对EUV技术的开发已经耗费了超过200亿美元。

而尽管ASML有所进展，批评者仍会继续对EUV抱持质疑态度；如长期观察半导体产业的市场研究机构VLSI Research总裁暨分析师G. Dan Hutcheson就表示：“总有人一直说该技术不可能成功；确实花了很长的时间，但我们终究还是走到了某个地方。”

除了宣布达成光源功率里程碑，Lercel也详述了EUV工具叠对(overlay)性能的大幅改善，以及产业界在布建EUV基础建设方面的进展，包括光罩(reticle)、光罩护膜(pellicle)以及光阻剂(photoresist)；此外他的简报主要聚焦于EUV能为客户带来的“经济价值”，考量到该类工具的成本──EUV微影设备一套要价超过1亿美元──听起来是个吊诡的议题。

高成本是EUV微影技术最被诟病的特性之一，但ASML表示，EUV──在达到125WPH的产量目标时──与采用传统浸润式微影工具进行三重或四重图形(patterning)的高昂成本相较，能带来更高的经济优势。

Lercel表示：“如果你看采用多重浸润式微影步骤的成本，加上搭配的制程步骤──包括清洁以及度量──我们相信EUV的每层光罩成本还是低于三重图形浸润式微影，而且绝对低于四重以上图形的成本；”他并指出，EUV也能提供更快速周期时间(cycle times)、变异性更少以及晶圆片出现随机缺陷机率更低等经济优势。

“我们相信EUV是在未来实现成本可负担之微影制程微缩、非常具成本效益的技术；”Lercel表示：“我们已经在EUV系统性能方面有大幅进展，能满足业界期待。特别是有鉴于其成像表现如预期、叠对性能至少能与浸润式技术媲美，以及其生产量已经能超过每小时100片晶圆；这些让我们达成了目前已经能陆续将支援大量生产的设备送交客户。”