深度|ASML “鐵三角”組合讓光刻巨頭擁有底氣

2022-10-28 09:57:43

在談到ASML時(shí),大家的第一印象是這是一家領(lǐng)先的光刻機(jī)供應(yīng)商。

誠(chéng)然,在媒體過去多年的科普下,大家對(duì)這家荷蘭半導(dǎo)體設(shè)備制造商有了廣泛的了解。光刻機(jī)對(duì)信息時(shí)代發(fā)展起到的舉足輕重的作用,也讓大家更聚焦于ASML的光刻巨頭地位。

但其實(shí)ASML不只有光刻機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)芯片的高精度和高良率生產(chǎn),除了光刻機(jī)臺(tái)之外,計(jì)算光刻和量測(cè)也非常重要,這也正是ASML長(zhǎng)久以來的專注。

正是這個(gè)“鐵三角”組合的全方位光刻解決方案,讓光刻巨頭擁有了直面芯片制造未來需求的底氣。

廣為人知的光刻機(jī)

首先,我們來談一下ASML最廣為人知的光刻機(jī)。要了解光刻機(jī)的重要性,就先要明白芯片制造的流程。

據(jù)相關(guān)資料顯示,一顆芯片從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)可能需要幾個(gè)月的時(shí)間,涉及的工序也多達(dá)幾百個(gè)。在這個(gè)過程中,光刻機(jī)的作用就是在晶圓上“刻”出不同的圖案。這些縱向連接的圖案層數(shù)最高甚至超過一百層,這就讓參與“刻”的光刻機(jī)的精度變得無比重要。

為了在晶圓上刻下線寬越來越小的電路,ASML在過去幾十年的發(fā)展里一直在挑戰(zhàn)瑞利判據(jù)的極限——降低入射光源的波長(zhǎng),提高數(shù)值孔徑。這也推動(dòng)他們從g-line光刻機(jī)走到了DUV光刻機(jī),再到現(xiàn)在的EUV光刻機(jī)時(shí)代。

在這個(gè)過程中,ASML與合作伙伴攜手,屢屢突破常規(guī),例如浸潤(rùn)式光刻機(jī)的橫空出世、雙晶圓工作平臺(tái)操作系統(tǒng)TWINSCAN的推陳出新。他們?cè)诠饪虣C(jī)臺(tái)上的諸多創(chuàng)新,都是為了能夠“刻”出更細(xì)線寬的芯片,同時(shí)還為了保證其產(chǎn)能,以降低芯片的制造成本。

值得一提的是,其中DUV(深紫外線)系統(tǒng)是業(yè)界的“主力軍”,能提供浸潤(rùn)式光刻和干式光刻解決方案,幫助制造不同半導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)和技術(shù)的芯片。同時(shí),ASML也正在通過與中國(guó)客戶合作,不斷擴(kuò)大該設(shè)備的制造能力。

良率“守護(hù)神”:計(jì)算光刻

對(duì)于芯片設(shè)備供應(yīng)商來說,能夠制造出芯片是重要的一步,但如何能更快、更好地制造出芯片,是決定一個(gè)設(shè)備能否被產(chǎn)業(yè)認(rèn)可的關(guān)鍵,這也是ASML一直所追逐的目標(biāo)。不僅如此,這也是其在專注光刻機(jī)臺(tái)的同時(shí),還在同步推動(dòng)計(jì)算光刻和量測(cè)技術(shù)的原因。

所謂計(jì)算光刻,也屬于EDA的一部分,具體而言就是通過計(jì)算機(jī)模擬、仿真光刻中的光學(xué)和化學(xué)過程,預(yù)測(cè)晶圓上的曝光圖形,在半導(dǎo)體制程的開發(fā)階段提供光源優(yōu)化、掩模版圖形修正、缺陷的預(yù)判和修正方案分析,通過增大芯片制造工藝窗口從而提高產(chǎn)品良率和生產(chǎn)效率。

當(dāng)芯片的關(guān)鍵尺寸小于光源波長(zhǎng)的時(shí)候,需要復(fù)雜的掩模版,沒有計(jì)算光刻很難實(shí)現(xiàn)這樣復(fù)雜的掩模版設(shè)計(jì)??梢哉f,沒有計(jì)算光刻就沒有最先進(jìn)的芯片制造。ASML在計(jì)算光刻方面聚焦于開發(fā)能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)芯片圖形轉(zhuǎn)移過程的計(jì)算光刻模型以及基于模型提供最優(yōu)的光源優(yōu)化和掩模版圖形修正解決方案。

據(jù)了解,當(dāng)今的先進(jìn)芯片有數(shù)十億甚至數(shù)百億的晶體管,所以由此產(chǎn)生的仿真模型的計(jì)算量很快就會(huì)已經(jīng)變得非常龐大。但得益于ASML在過去積累的豐富的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn),再疊加公司在機(jī)器學(xué)習(xí)工具方面的投入,ASML的計(jì)算光刻軟件在面對(duì)眾多問題時(shí)都能巧妙地找到解決方案。

值得一提的是,ASML在國(guó)內(nèi)建設(shè)了一支實(shí)力過硬的計(jì)算光刻軟件團(tuán)隊(duì),公司還在持續(xù)加大該業(yè)務(wù)在中國(guó)的投入——新建武漢研發(fā)中心以及擴(kuò)建接近20年歷史的深圳研發(fā)中心,以研發(fā)適合中國(guó)市場(chǎng)的新版計(jì)算光刻產(chǎn)品。

此舉旨在實(shí)現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率,為中國(guó)客戶提供更好的服務(wù),助力中國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展。

芯片“品控師”:計(jì)量與檢測(cè)

和計(jì)算光刻一樣,計(jì)量與檢測(cè)也是ASML為保證芯片良率而做的投入之一。

熟悉現(xiàn)代芯片制造流程的讀者應(yīng)該知道,芯片制造商在使用光刻機(jī)生產(chǎn)芯片的時(shí)候,會(huì)首先讓電路圖像在晶圓上成像,然后借助先進(jìn)的量測(cè)系統(tǒng)和軟件來檢驗(yàn)這些圖案,以提高芯片生產(chǎn)的精度與良率,同時(shí)幫助客戶為后續(xù)的制程開發(fā)做好準(zhǔn)備。

作為全球最大的光刻機(jī)供應(yīng)商,ASML在提供這類型的產(chǎn)品上也有先天的優(yōu)勢(shì)。他們的系統(tǒng)正是在這個(gè)背景下誕生的。

ASML主要通過兩種方式檢驗(yàn)光刻成像的質(zhì)量:基于衍射的光學(xué)量測(cè)和電子束量測(cè)。其中,光學(xué)量測(cè)是基于從晶圓的反射光線的衍射效應(yīng),而電子束量測(cè)則通過觀察電子與晶圓接觸時(shí)的散射情況實(shí)現(xiàn)。

他們?cè)谶@兩個(gè)方面都有布局。

ASML的YieldStar光學(xué)量測(cè)解決方案是重要的在線晶圓量測(cè)工具,能夠快速、準(zhǔn)確地量測(cè)晶圓上的圖形質(zhì)量。

此外,ASML電子束量測(cè)產(chǎn)品則可通過電子束量測(cè)和大規(guī)模量測(cè)幫助客戶確定技術(shù)路線圖,包括廣受應(yīng)用的單束檢測(cè)系統(tǒng),可幫助客戶在數(shù)百萬印制圖形中定位和分析某個(gè)芯片缺陷;

高分辨率電子束量測(cè)系統(tǒng)eP5可提供1納米分辨率和大視場(chǎng),大量量測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景下速度是現(xiàn)有技術(shù)的10倍以上;

以及Multibeam多電子束系統(tǒng)綜合利用ASML光刻機(jī)臺(tái)、ASML計(jì)算光刻和ASML電子束量測(cè)的核心技術(shù),可實(shí)現(xiàn)電子束分辨率以及量產(chǎn)檢測(cè)所需的吞吐率。

由此可見,ASML并不僅僅是一家光刻機(jī)供應(yīng)商,而是一個(gè)擁有“鐵三角”全方位光刻解決方案的供應(yīng)商,能幫助芯片制造商推動(dòng)芯片微縮、提高良率和產(chǎn)能。

為了幫助大家了解“鐵三角”的原理和“光”在芯片制造里面的意義,ASML特意打造了“追光訓(xùn)練營(yíng)”,在向大家展現(xiàn)全方位光刻解決方案實(shí)力的同時(shí),讓大家可以深入體驗(yàn),共同感受“光”的魔力。

標(biāo)簽: 讓光刻巨頭擁有底氣 芯片制造未來需求的底氣 高精度和高良率生產(chǎn)

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