英特尔成功安装全球首台商用High-NA EUV光刻机,冲刺1.4nm芯片量产

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英特尔宣布已安装ASML的Twinscan EXE:5200B光刻机,这是业界首台采用0.55数值孔径投影光学系统的商用芯片生产High-NA EUV光刻机。该设备已通过验收测试,并将用于Intel 14A(1.4nm)工艺的开发。14A工艺将是全球首个在其关键层采用High-NA EUV光刻机的工艺节点。这一成就标志着High-NA EUV光刻技术正从早期实验阶段迈向量产(HVM)。

ASML的Twinscan EXE:5200B基于第一代EXE:5000平台,该设备被英特尔于2023年购置用于俄勒冈州研发中心,这款新型设备能够以8nm的分辨率“打印”芯片,其分辨率范围远超目前Low-NA(低数值孔径)EUV光刻机所能达到的水平(Low-NA EUV光刻机在不使用多重曝光的情况下只能提供13nm分辨率)。与EXE:5000不同,EXE:5200B在50mJ/cm²的剂量下每小时可处理175片晶圆(相比之下,在20mJ/cm²的剂量下每小时可处理185片晶圆),并实现了0.7nm的套刻精度,随着特征尺寸的不断缩小,这一参数至关重要。

为了提升性能,该光刻机集成了更高功率的EUV光源,从而能够在50mJ/cm²的剂量下实现更快的晶圆曝光。这反过来又支持具有高图像对比度的可操作光刻胶/工艺窗口,同时最大限度地减少线边缘粗糙度(LER)和线宽粗糙度 (LWR),而这些粗糙度在现代生产节点中往往难以控制。

ASML和英特尔的研发工作不仅限于光学元件和光源。他们还改进了晶圆存储系统,该系统负责晶圆的存储、排队以及进出光刻机。对于下一代设备而言,该系统的这一组件直接影响生产效率和图案化精度。

升级后的存储系统设计优化了批次流程和晶圆处理,确保晶圆以更可预测的状态到达光刻阶段。同时,它还能提供更精确的温度控制,使晶圆和载片在光刻前后保持稳定的温度。这一点至关重要,因为即使是微小的温度变化也会导致晶圆膨胀或收缩,进而造成套刻误差,最终导致缺陷增加和良率下降。

此外,通过减少热变化和机械变化,这种新架构有助于最大限度地减少长时间运行过程中的漂移,从而使光刻机保持稳定运行,并减少频繁重新校准的必要性。这种稳定性对于多道次和多重曝光图案化尤为重要,而这些技术在未来几年内必将应用于1nm以下工艺技术。

EXE:5200B的一个不可低估的参数是其0.7nm的套刻精度,这得益于平台控制、传感器校准和环境隔离方面的进步。套刻精度对于下一代工艺技术至关重要,因为即使是微小的对准误差也会导致良率损失。

值得注意的是,ASML的Twinscan EXE:5200B不仅仅是英特尔晶圆厂里的一台EUV光刻机,它更是重要基础,有望帮助英特尔重夺半导体行业的领导地位。

为了充分利用这台新型光刻工具,英特尔正在同步推进掩模、刻蚀工艺、分辨率增强技术和计量等方面的研发工作,这些工作必须协同优化,才能最大限度地发挥High-NA EUV光刻技术的价值。

英特尔表示,由于无需使用Intel 14A光刻技术进行多重曝光,以及更先进的工艺技术,其High-NA设备将带来更灵活的设计规则、更少的曝光步骤、更少的掩模数量、更短的周期时间和更高的良率。同时,随着英特尔不断学习如何使用High-NA EUV光刻机并积累宝贵的量产经验,它将能够在1nm以下时代根据需要引入High-NA EUV多重曝光技术,而不会对良率造成显著影响。

据悉,每台High NA EUV光刻机售价约3.8亿美元,甚至超过4亿美元(约合人民币28亿元),远高于标准EUV系列的1.8亿~2亿美元。英特尔强调,Intel 14A节点将是世界上第一个在所有关键层全面采用High-NA EUV的工艺,为未来的先进节点积累宝贵的大规模生产经验。

除了光刻技术的进步,英特尔还公布了未来晶体管技术的计划。

英特尔晶圆代工服务(IFS)和比利时Imec联合展示了一种与12英寸晶圆厂兼容的2D材料晶体管工艺,成功验证了在大批量生产环境中2D场效应晶体管(2DFET)的接触和栅堆叠集成。

这项技术采用镶嵌式顶部接触设计,旨在解决二维晶体管低电阻、可扩展接触的难题,同时保护原子级薄沟道材料。英特尔和Imec指出,尽管这项技术的商业化可能要到2030年代末甚至2040年代才能实现,但它显著降低了未来引入新材料所带来的风险。

总体而言,英特尔正通过采用High-NA EUV技术推进其Intel 14A工艺的开发,并为后硅时代(如2D晶体管)的选择做好准备,以满足近期生产需求和长期技术发展。

随着全球先进半导体制造领域的竞争日益激烈,英特尔旨在通过推进设备、工艺技术和器件架构,重新确立其在供应链中的地位。(校对/赵月)

责编: 李梅
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