当地时间1月6日，路透社援引知情人士的消息报道称，美国特朗普政府正在以各种方式施压荷兰政府，以阻挠全球光刻机巨头ASML(阿斯麦)将其最先进的EUV光刻机给中国企业。正是由于美国政府的施压，最终迫使荷兰政府没有续签ASML的出口许可证，使得ASML无法向中国客户——中芯国际交付EUV光刻机。


目前，ASML是全球唯一一家能够量产EUV光刻机的厂商，而EUV光刻机则是实现7nm以下先进半导体制程的关键设备。虽然目前中国大陆的中芯国际已经量产了14nm工艺，今年华虹的14nm工艺也将量产，但是如果中国大陆无法引入ASML的EUV光刻机，则意味着大陆的国产晶圆代工厂追赶国际先进制程工艺的脚步，将止步于7nm工艺。


为什么EUV光刻机是7nm以下先进制程的关键？


半导体芯片在制作过程中经历材料制备、掩膜、光刻、刻蚀、清洗、掺杂、机械研磨等上百个工序，其中以光刻最为关键，因为它是整个芯片产业制造工艺当中难度最高的环节之一。而决定光刻效果的，则是光刻机。


光刻机的发展经过了一个漫长的过程，自1960年代的接触式光刻机、接近式光刻机，到1970年代的投影式光刻机，1980年代的步进式光刻机，到步进式扫描光刻机，再到浸入式光刻机，随着设备性能不断提高，也推动了摩尔定律的不断向前。


而对于光刻机来说，其内部的曝光光源则是实现光刻的关键。目前光刻系统中常用的DUV准分子激光器是248nm波长的KrF和193nm波长的ArF。使用193nm ArF光源的干法光刻，其工艺节点可达45/40nm，进一步采用浸润式光刻、配合比较激进的可制造性设计（DfM）等技术后，可达28nm；而要进到更高端制程时，就必须采用辅助的多重曝光（Multiple Patterning，MP）。


然而使用多重曝光会带来两大问题：一是光刻加掩膜的成本上升，而且影响良率，多一次工艺步骤就是多一次良率的降低；二是工艺的循环周期延长，多重曝光不但增加曝光次数，而且增加刻蚀（ETCH）和机械研磨（CMP）工艺次数，也就是把光刻的步骤分了点给ETCH和CMP。对于使用浸润式光刻+多重图形曝光的193nm ArF光刻机可以将工艺缩小到10nm，甚至也可以勉强用于7nm，但是这已经是极限，技术与资本门槛也变得极高。


要想实现更先进的5nm、3nm工艺，则需要采用极紫外（EUV）光刻技术。因为，在传统的深紫外（DUV）光刻系统当中，随着光波长的变小，光会被用来聚光的玻璃透镜吸收，结果是光到达不了硅片，也就无法在晶圆上生成任何图案。而在EUV光刻技术中，玻璃透镜将被反射镜取代以用于聚光。



EUV光刻技术早期有波长10～100nm和波长1～25nm的软X光两种，两者的主要区别是成像方式，而非波长范围。前者以缩小投影方式为主，后者以接触／接近式为主。目前的EUV技术使用的是激光等离子源产生的约13.5nm的紫外波长，这种光源工作在真空环境下以产生极紫外射线，然后又光学聚焦形成光束。光束经由用于扫描图形的反射掩膜版反射。


有了EUV光刻技术，一次就能曝出想要的精细图形，不再需要多重曝光，没有超纯水和晶圆接触，在产品生产周期、OPC的复杂程度、工艺控制、良率等方面的优势明显。


根据ASML的说法，浸润式显影技术走到三重曝光（triple-patterning）阶段，成本已然超过EUV光刻，同时生产交期更长、技术更为复杂。从量产的性价比角度，EUV光刻在7nm以下技术节点已属于最适方案。


独步天下的ASML


资料显示，ASML占据了全球光刻机市场超过70%的市场份额，远远领先于尼康等竞争对手，几乎垄断了高端光刻机市场。同时，ASML也是目前唯一一家能够量产出货EUV光刻机的厂商。


根据ASML公布的数据显示，其在2017年出货了11台EUV光刻机，2018年出货18台，2019年的出货计划是30台。而目前其出货的主力机型则是Twinscan NXE: 3400B，单台售价高达1.2亿美元（约合8亿）。



▲Twinscan NXE: 3400B


来源：芯智讯