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ASML突然安静EUV光刻机的隐疾

来源:清洁 时间:2022/8/22
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我们知道,在芯片工艺进入7纳米时代之后,EUV光刻机就登上了历史舞台,而在之后的5纳米、4纳米等工艺上,EUV光刻机就成了一种必然的选择。

由此可见EUV光刻机非常重要,而这么重要的生产设备,全球却只有ASML一家公司可以生产,可见EUV光刻机是如此的精密,但是尽管如此,EUV光刻机却并不是一个完美的机器。

事实上,从EUV光刻机诞生之初,它本身就带有一种“隐疾”,现在来看,这个“隐疾”已经不能不引起重视了。

或许有的朋友不太了解,EUV光刻机与传统的DUV光刻机,并不是简单的在光源上的区别,DUV采用的是纳米波长的深紫外线,而EUV采用的是13.5纳米波长的极紫外线。

事实上,EUV光刻机是光刻机历史上的一次变革,它改变了以往光刻机的生产方式,在DUV时代,通过多重曝光,来实现更小的线宽尺寸,但是EUV通过单次曝光,就可以实现更先进的工艺。

所以我们就看到,台积电、三星在7纳米时,就开始采用EUV工艺,以此来提升生产效率。

然而这么先进的机器,其实是需要付出一定的“代价”的,“高贵”的EUV光刻机内部,对环境的清洁度要求非常苛刻,不仅如此,EUV光刻机的随机性问题凸显,这是EUV光刻机的最大“隐疾”。

根据媒体报道称,台积电的3纳米工艺,在良率提升上的难度飙升,据悉其3纳米良率约在70%左右,这是一个很低的数字。

之前知名半导体研究机构SemiEngineering就发文称:对于EUV而言,随机效应成为主要问题之一,越高级的节点,随机效应越严重。

很显然,当生产工艺推进到3纳米时,由于随机效应的问题变得更加突出,良率问题爆发了,这是ASML不想看到的。

这里我们要解释一下什么是随机效应,简单来说,在采用先进工艺制造芯片的过程中,其需要多达上千个生产步骤,每一个步骤出现问题,都会造成芯片的缺陷。

而随机效应,就是在这一千多个步骤中,都有可能出现问题,它的出现是随机的。

此外,这种随机性,除了体现在生产步骤中,还体现在不同的原因上,也就是说,即便你知道了在某个特定步骤出现了问题,但是在这个步骤上可能不是同一个原因造成的芯片缺陷。

例如在光罩上,可能是某一个光罩本身有瑕疵,要知道EUV光罩的生产良率也不高,也有可能是某个光罩上的灰尘太多了。

随机效应在DUV时代也就有,不过造成的影响不大,一直被芯片代工厂忽略了,但是在EUV时代,它几乎成了影响良率的最大原因。

想必大家也都注意到,本来按照规律,今年台积电就应该量产3纳米工艺,但是量产的却是4纳米。

从以往来看,例如7纳米时,6纳米被当作一个改进工艺,本来4纳米也应该是这样的任务,但是在今年却成了“主角”。

因此这样来看,台积电在3纳米良率上应该是遇到了不小的阻力。

还不止如此,根据媒体报道,在3纳米工艺上,台积电推出了多个版本,目前出现率较高的,是N3、N3e和N3b三个版本。

为什么会出现这么多版本呢?答案就是为了控制成本。

N3e会采用更少的EUV光罩,据悉是20层,而N3版本会采用24层,N3b则会更多。

由于良率难以提升,势必就会造成芯片制造成本的增加,而在高成本下,并不是所有芯片企业都可以承受得起,因此通过减少EUV光罩层数,变相降低制造成本,成为一种选择。

但这种方式,其实对芯片造成了很多方面的牺牲,例如性能表现、能耗表现等等。

可能有的朋友不知道,例如在7纳米时,只需要4层EUV光罩,而5纳米就需要14层。

显然,台积电N3e工艺的20层EUV光罩,应该就是极限了,光罩再少,那么所谓的3纳米工艺,也就没多少意义了,之前ASML方面就已经表示,在3纳米工艺上,EUV光罩要超过20层。

可能有的朋友会问,EUV光罩对成本影响这么大吗?其实在这方面,包括三星在内,都很在意。

例如三星在年时,就斥资亿韩元投资EUV光罩保护膜项目,很显然,这就是要增加EUV光罩的寿命,尽量少用EUV光罩。

而台积电也是如此,在年时,台积电开始导入试产其EUV光罩洁净技术,仅两年时间,就为台积电创造了20亿新台币的改善效益。

此外,目前市场上也开始出现EUV光罩缺陷检测设备,据悉这样的设备,1台的价格就高达3亿人民币。

通过这样的介绍大家应该就能理解,为什么台积电要对EUV光罩“动手”。

不过很显然,EUV光刻机的“隐疾”,已经开始让芯片代工厂“束手无策”,起码现在来看,台积电的3纳米量产时间推迟了,而且甚至要靠降低工艺水平来实现商用量产。

所以有外媒就指出,EUV的随机效应势必会带来一些关键问题,但没想到这么快就出现了。

事实上,EUV光刻机的真正应用,其实是在5纳米,7纳米不采用EUV光刻机也可以实现,然而在步进到第二代的3纳米,问题就暴露了,这样的情况令人始料未及。

所以我们看到,EUV光刻机虽然先进,但是问题也不小,而这时ASML却突然安静了。

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