儘管所花的時間與成本幾乎比所有人預期得要多,半導體產業終於還是快要盼到極紫外光(extreme ultraviolet,EUV)微影技術的大量生產──在近日於美國舊金山舉行的2017年度Semicon West半導體設備展,微影設備大廠ASML宣佈該公司已經達成了最重要且長期難以突破的里程碑:250瓦(watt)的EUV光源。

光源功率(source power)──也就是傳送到掃描機以實現晶圓曝光的EUV光子(photon)數量之量測值──直接等同於生產力,晶片製造商一直以來都堅持250瓦的光源功率是達成每小時125片晶圓(WPH)生產量的必要條件,而且將ASML與光源技術供應商Cymer (已在2013年被ASML收購)未能實現該光源功率目標,視為EUV微影在近年來發展不順的主要原因。

在Semicon West期間,ASML行銷策略總監Michael Lercel則表示,該公司已經實現了250瓦光源,而且不但是:「透過真正了解光源的轉換效率達到了一致性,也實現了正確的控制;」不過他補充指出,經證實的250瓦光源還沒正式出貨。

包括英特爾(Intel)、三星(Samsung)、台積電(TSMC)與Globalfoundries等頂尖晶片製造商,都打算在接下來兩年將EUV微影導入量產製程,ASML在今年2月展示了104WPH的生產量,該公司高層並聲稱,甚至在250瓦光源實現之前,該公司的微影設備可達到125WPH的產量。

與2012年約25瓦的光源相較,250瓦光源意味著十倍的進步;Lercel在簡報EUV生產經濟學時笑言,當他在幾年前仍任職於Cymert時,達到250瓦光源功率:「永遠都是明年的目標。」他表示,ASML目前在EUV領域有14種開發工具,已曝光超過100萬片晶圓,光是過去一年就曝光了50萬片;ASML的NXE:3400B量產型EUV微影設備已在今年稍早首度出貨。

截至4月份,ASML積壓了21台EUV系統等待出貨,據說其中有大部分是英特爾的訂單;而ASML應該會在第二季財報發佈時提供未出貨訂單的更新數字。

EUV技術可追溯至1970年代X光微影開發過程不順的那時候,而半導體產業原本期望能在2010年就開始利用EUV微影量產,但該技術一再推遲;有人估計,產業界對EUV技術的開發已經耗費了超過200億美元。

而儘管ASML有所進展,批評者仍會繼續對EUV抱持質疑態度;如長期觀察半導體產業的市場研究機構VLSI Research總裁暨分析師G. Dan Hutcheson就表示:「總有人一直說該技術不可能成功;確實花了很長的時間,但我們終究還是走到了某個地方。」

除了宣佈達成光源功率里程碑,Lercel也詳述了EUV工具疊對(overlay)性能的大幅改善,以及產業界在佈建EUV基礎建設方面的進展,包括光罩(reticle)、光罩護膜(pellicle)以及光阻劑(photoresist);此外他的簡報主要聚焦於EUV能為客戶帶來的「經濟價值」,考量到該類工具的成本──EUV微影設備一套要價超過1億美元──聽起來是個弔詭的議題。

高成本是EUV微影技術最被詬病的特性之一,但ASML表示,EUV──在達到125WPH的產量目標時──與採用傳統浸潤式微影工具進行三重或四重圖形(patterning)的高昂成本相較,能帶來更高的經濟優勢。

Lercel表示:「如果你看採用多重浸潤式微影步驟的成本,加上搭配的製程步驟──包括清潔以及度量──我們相信EUV的每層光罩成本還是低於三重圖形浸潤式微影,而且絕對低於四重以上圖形的成本;」他並指出,EUV也能提供更快速週期時間(cycle times)、變異性更少以及晶圓片出現隨機缺陷機率更低等經濟優勢。

「我們相信EUV是在未來實現成本可負擔之微影製程微縮、非常具成本效益的技術;」Lercel表示:「我們已經在EUV系統性能方面有大幅進展,能滿足業界期待。特別是有鑑於其成像表現如預期、疊對性能至少能與浸潤式技術媲美,以及其生產量已經能超過每小時100片晶圓;這些讓我們達成了目前已經能陸續將支援大量生產的設備送交客戶。」

編譯:Judith Cheng

(參考原文:ASML Claims Major EUV Milestone,by Dylan McGrath)

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