编者按:ASML的EUV光刻机光源取得重大技术升级,包括EUV收集镜寿命超过1年、可用性超过95%、最新光刻机NXE:3600D的单日曝光晶圆数量比2019年增加300%。

2023年伊始,各种国际光刻会议恢复线下活动,光刻领域的精英们开始报告各个领域的前沿进展,那我们一起跟踪一下国际EUV光刻技术的一些进展吧。

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ASML工程师安装EUV光源

ASML的EUV光源发生器开发团队

2023年3月2日,ASML团队在国际光子学会的“高级光刻和图案化”会议上介绍了极紫外EUV光刻光源的最新进展,我们来看一下EUV光刻光源近几年的升级情况。

2023年3月2日,ASML团队在国际光子学会的“高级光刻和图案化”会议上介绍了极紫外EUV光刻光源的最新进展

报告人Karl Umstadter是Cymer的高级工程师,其本行是等离子体物理,曾经研究核聚变等离子体的。

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Karl 2013年加入Cymer团队,当时也正是EUV光刻崛起的关键时期,早期参与EUV光源的杂质(Debris)清理系统,目前已经是ASML的高级首席产品系统工程师。

EUV光源发生器的主要功能和寿命提升路径

我们先回顾一下EUV光刻机光源的结构:

1,在ASML的第一代EUV光刻系统(NXE平台),EUV光源的发生器(Source vessel)安装在右下方;给EUV光源的激光器则安装在晶圆厂的下层。

在ASML的第一代EUV光刻系统(NXE平台),EUV光源的发生器安装在右下方

2,在EUV发生器内部,主要进行的是激光脉冲轰击Sn的液滴(Sn droplets),产生的EUV光被收集镜收集聚焦(Collector optics)、并传送到EUV光刻机的光学部分。

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由于激光脉冲轰击Sn液滴时,会产生各种杂质(Debris)污染收集镜、导致收集镜的EUV反射率衰减,所以EUV发生器需要定期清理。因此过去十年,Karl团队的主要工作之一就是提升EUV发生器的可用性。

EUV光源发生器的寿命提升

在2017年的时候,EUV收集镜反射率的衰减率大约是每十亿次轰击降低0.4%;到2019年,衰减率降低到0.15%;到2021年,衰减率已经降低到0.04%,最近最好的结果已经小于0.02%,这意味着EUV收集镜寿命可以超过1年。

EUV收集镜反射率的衰减率大幅降低

随着EUV发生器的稳定性提升,EUV发生器的可用性一直的提升:

2019年,ASML报道的EUV发生器的可用性是81%,之后在2020年进行重大改进,一举将可用性提升到91%。之后又在2021年和2022年相继提升到94%和95.5%。

ASML EUV光刻机光源发生器的可用性

EUV光刻系统生产率大幅提升

随着EUV光刻光源功率和稳定性的提升,EUV光刻机的产能也得到较大幅度的提升,2022年的最新型号NXE:3600D的单日曝光晶圆数量,已经从2019年的1000片左右提升到3000片左右。

ASML EUV光刻机生产效率提升

根据ASML的技术路线图,在30mJ/cm2的晶圆曝光剂量下,NEX:3600D的生产效率是160 wph(每小时曝光晶圆数),而进一步升级的NEX:3800E和NXE:4000F机台的生产效率是220 wph 和 250 wph,这就依赖于EUV光源功率的进一步提升。

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ASML NXE平台的生产效率提升路线图

那么近期ASML是如何提升光源功率的呢?我们下次聊。