ASML:2030年前光學技術(shù)將繼續(xù)推動芯片制造發(fā)展

上周，在線上SPIE高級光刻技術(shù)研討會上，ASML的Jos Benschop明確表示，光學技術(shù)至少在2030年之前將繼續(xù)推動芯片制造發(fā)展。他的開發(fā)人員現(xiàn)在正在研究High NA EUV，他甚至還談到了hyper-NA。

這也是光學領(lǐng)域的五十年歷程。

在1990年代中期，目前所謂的EUV被稱為軟X射線，但半導(dǎo)體行業(yè)將其稱為“極紫外光”，因為這聽起來更容易接受。盡管掩模的多層反射鏡和光路使它變得極為復(fù)雜，但仍然可以使用光學器件對其進行操作。

ASML的業(yè)務(wù)計劃（1984年8月3日）明確指出，晶圓步進機將在1990年左右達到頂峰。

持續(xù)了半個世紀的光學，誰會想到呢？答案當然不是在1984年春季制定ASML商業(yè)計劃的人。因為當時他們他們正在認真考慮逐步淘汰衍射光學的途徑-EUV尚未列入其路線圖。顯然，帶有透鏡和燈光的光刻技術(shù)將在1990年左右達到頂峰。這完全符合當時的假設(shè)。每個人似乎都同意可用光源的波長是芯片成像的限制因素。

1984年，ASML的三大目標之一就是發(fā)展成為公認的“其他光刻設(shè)備”供應(yīng)商，以在80年代末實現(xiàn)批量生產(chǎn)。該聲明清楚地表明，當時業(yè)界對于制造芯片的光學方法仍然不確定。這就是為什么該公司開發(fā)電子束光學器件和X射線光刻技術(shù)的雄心是其第二要務(wù)-低于期望的前三名的市場地位，但高于扭虧為盈并償還所有債務(wù)。

大多數(shù)行業(yè)對下一代光刻技術(shù)的賭注都在電子束上。1984年，ASML甚至出售了直接的電子束編寫器。它不擁有這些電子束模式發(fā)生器。該技術(shù)是由飛利浦在Redhill的研究實驗室開發(fā)的，并由埃因霍溫的飛利浦S＆I制造。飛利浦已經(jīng)出售了一些儀器，ASML也可以通過出售這些儀器來賺錢。期望電子束光刻技術(shù)將在芯片制造中占據(jù)中心地位，并且可能是年輕的光刻公司的未來必需品。

ASML總經(jīng)理Gjalt Smit在其商業(yè)計劃中寫道：“有跡象表明，對晶圓加工設(shè)備的電子束技術(shù)的興趣日益增加，這使其對于80年代后期的連續(xù)性至關(guān)重要?！?證明在1984年完全不清楚光學技術(shù)是否會具有這種持久力。該計劃預(yù)測成像即將接近終點。

在2012年，我與前飛利浦研究部經(jīng)理Marino Carasso進行的一次采訪中，他向我介紹了這一斗爭。在八十年代，他與Redhill的電子束光刻技術(shù)的開發(fā)者進行了激烈的討論。“那時，我認為在200納米以下的芯片上打印細節(jié)會變得非常棘手。至少，我不敢向芯片生產(chǎn)商保證?！?Carasso說?！拔覀兇_實看到，您可以用這樣的電子束很好地書寫小東西，但是要花很多時間才能產(chǎn)生圖像。電子束開發(fā)人員無法向我們解釋如何加快該過程。為了匹配步進機的速度，他們不得不向機器提供很多信息。我的觀點始終是：你們可以發(fā)明世界，但永遠不能以每秒TB的速度傳輸信息。”

光學經(jīng)濟學

當時的飛利浦研究公司（Philips Research）大量參與了開發(fā)面向未來芯片的光刻技術(shù)。它支持ASML，但同時開發(fā)了自己的步進器。這些被稱為“ Silicon Repeaters”的機器旨在用于Mega項目，飛利浦和西門子的追趕賽已開始在存儲芯片方面與日本同行相提并論。研究 steppers是一條安全帶。萬一ASML和其他商業(yè)光刻供應(yīng)商無法交付，飛利浦計劃制造自己的光刻機。

Carasso與高層管理人員討論了挑戰(zhàn)，這些高層管理人員包括Cees Krijgsman——Philips Elcoma的主管和Mega項目的負責人。在與Elcoma進行的一次研究會議上，克里格曼在非正式的時候?qū)arasso說：“ Marino，坦白說，您的Silicon Repeater走了多遠，我什么時候應(yīng)該切換到另一種技術(shù)？半微米？” Carasso猶豫地回答：“十分之四微米，十分之三？很有可能十分之二，但在此之下，我開始產(chǎn)生懷疑?！?/p>

但是，在ASML成立的那段時間，電子束諾言中出現(xiàn)了第一個裂縫。1984年初，在瓦里安（Varian）宣布無法交付第一批直接寫入設(shè)備之后，通用信號（General Signal）決定停止其開發(fā)。但是后者公司仍然樂觀?！拔覀?nèi)匀徽J為，對于短期VLSI和門陣列，電子束將是可行的，”瓦里安光刻產(chǎn)品部門總經(jīng)理布魯斯·道伊爾（Bruce Doyle）在1984年初公開表示。但是，他不想這樣做。取消光學器件：“多重光刻工藝有足夠的空間。步進器，X射線和電子束將相互補充，而不會相互競爭。”

但是Perkin-Elmer電子束技術(shù)部門的副總經(jīng)理Charles Biechler一直吹噓：“鑒于最小線寬為1微米，并且芯片不是過于復(fù)雜……我們每小時可以提供30個4英寸晶圓的生產(chǎn)量?！?夸大其詞，他補充說，這樣的速度與晶圓步進器可以達到的速度相當（實際上，ASML的PAS 2000當時每小時可以處理60個晶圓）。他堅持認為：“當您談?wù)撐磥淼?.5微米芯片時，沒有什么可以像直接寫入系統(tǒng)那樣處理它們了?！?/p>

Perkin-Elmer和Varian的官員都將發(fā)貨延遲歸因于為生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計機器的基本問題。瓦里安（Varian）發(fā)言人在1984年指出：“挑戰(zhàn)在于自動化以及如何提高產(chǎn)量。來自劍橋儀器公司或飛利浦的R＆D直寫機可能具有103個旋鈕供工程師使用。消除旋鈕是一項非常困難的工作?！?/p>

但是最終，就像卡拉索斯所正確預(yù)測的那樣，固有的慢速直寫電子束無法與光學經(jīng)濟學相提并論。當大量的計算能力變得可用時，Mapper勇于嘗試為半導(dǎo)體制造商提供EUV的替代產(chǎn)品，但不幸的是，它失敗了，此后，其大多數(shù)工程師加入了ASML，以幫助巨人提供電子束計量系統(tǒng)。

在1980年代，許多工程師將日本公司JEOL（也生產(chǎn)電子顯微鏡）視作直接寫入設(shè)備的最佳提供商。JEOL仍然活躍于半導(dǎo)體的電子束領(lǐng)域，但是直接寫入仍然是一個利基市場。
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