台积电三星争霸战,EUV技术将成为王牌
   半导体代工企业间的竞争越演越烈,台积电与三星电子也争先恐后地加强开发速度,EUV(极紫外线)技术将成为决胜关键。


据韩媒报道, 三星电子和台积电接连购买10台以上的EUV设备。该设备由荷兰ASML独家生产,年产量只有30~40台,每台要价2000亿韩元。

从实力来看,三星的硬件设计目前是全球最尖端的,而且其财力也相对比台积电雄厚,在代工厂纷纷进入7纳米时代时,三星电子首先选择采用EUV制程,并于上个月抢先业界量产EUV制程的7纳米产品。 芯片代工步骤极其复杂,光刻只是13个步骤中的一个,台积电以现有技术优势抢占7纳米市场,在订单竞争中占据优势。在日前的半导体大会上,台积电表示 逻辑器件微缩将成为半导体产业发展的一大趋势, 台积电预计在5纳米制程引入EUV技术。

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部分分析指出,三星电子将在EUV时代重掌主导权。三星电子将提前准备的效果将在5纳米制程发酵,并追击台积电。但是台积电的霸主地位并非容易撼动,台积电表示 5nm进入市场阶段 ,明年将会大规模量产。 Trendforce数据指出,台积电在今年第一季的代工市场市占率为48.1%。

ASML EUV 出货量今年将达30 台,新机型也将面世

就在台积电与三星陆续将晶圆制造先进制程推向7 奈米节点之际,全球半导体设备大厂ASML也表示,在2018 年预计出货总共18 台极紫外光光刻机(EUV)之后,2019 年更将把出货量提升到30 台。而且,还将在2019 年下半年推出效能较前一代EUV 提升24% 的全新机款,以逐步满足市场需求。

就2019 年整体EUV 预估出货的情况来分析,除了EUV 出货数量将大幅成长之外,ASML 在2019 年下半年还将推出效能进一步强化的NXE:3400C 型EUV 光刻机,其每小时处理的晶圆数量(WPH)将能达到155 片,较目前的NXE:3400B 型EUV 光刻机的WPH 能达成125 片的效能来说,NXE:3400C 型的产能预计将提升24%,这对改善EUV 制程的产能将很有帮助。

不过,虽然将推出新一代NXE:3400C 型EUV 光刻机,其效能较上一代EUV 能提升24%。但是,要全面取代传统的氟化氩(ArF)沉浸式光刻机,可能还有一段时间。因为,即便新一代NXE:3400C 型EUV 光刻机能达到155 WPH 的产能,但是相较现在的(ArF)沉浸式光刻机产能可达250 WPH 来说,EUV 光刻机的产能还有一大段距离要努力。所以,要全面取代目前仍为时尚早。

ASML的副总裁Anthony Yen在去年年底于旧金山举行的IEEE国际电子设备会议上表示,他们已经开始研发下一代光刻机。他表示,在他们公司看来,一旦现有的系统到达了极限,他们有必要去继续推动新一代产品的发展,进而推动芯片的微缩。

他表示,新设备最引人注目的是机器数值孔径(numerical aperture)从现在的0.33增加到0.55 。数值孔径是无量纲(dimensionless quantity)的数量,与光的聚焦程度有关。数值孔径越大意味着分辨率越高。改变EUV机器中的数值孔径将需要更大,更完美抛光的成像镜组。

EUV光是通过使用来自高功率二氧化碳激光器的双脉冲瞄准微小锡滴而产生的。第一个脉冲将锡滴重新塑造成模糊的薄饼形状,这样第二个脉冲就会更加强大并且跟随它仅仅3微秒,它可以将锡爆炸成等离子体,并以13.5纳米的光照射。然后将光聚集,聚焦并从图案化的掩模上弹开,使得图案将投射到硅晶圆上。

通过提升功率,ASML已经将每小时可以处理的晶圆数量提升了。功率越大意味着晶圆可以更快地曝光。在195瓦特的时候,他们每小时可以处理125片晶圆; 功率在今年年初达到246 W之后,这个数字则来到了140片晶圆。该公司全年都在对客户机器进行改造,以期达到更高的标准。

下一代机器将需要更多的EUV瓦数。在实验室中,ASML已破解410 W,但尚未达到芯片生产所需的,足够好的占空比(duty cycle)。更强大的激光器将有所帮助,但这可能会增加锡液滴的速度。在今天的机器中,锡滴每秒被射出50,000次,但Yen表明,新产品的液滴发生器的运行速度或将达到80,000赫兹。

在EUV发展过程中,最大的一个痛点就在于极其昂贵的MASK,这些MASK可以“保持”铸造在硅片上的图案。这种被称为薄膜的覆盖物,用于保护掩模免受杂散粒子的影响,吸收太多光线。ASML表示,现有的薄膜可以传输83%的光。这就将产能吞吐量降低到每小时116个晶圆。Yen说,他们的目标是将传输率提高到90%。ASML也正在努力保持机器内部比现在更清洁,这样客户可以随意使用没有薄膜的MASK。