先講結論:中國而家逐步形成緊嘅,唔係一部已經完成量產驗證嘅國產EUV光刻機,而係一個圍繞EUV量測同檢測建立嘅技術生態。光源、反射鏡、真空系統、探測器、精密運動平台、算法同製程控制軟件,都可以成為切入口。
EUV光刻採用13.5納米波長;傳統深紫外(DUV)量測常見193納米同248納米。當關鍵尺寸、掩模缺陷同電晶體立體結構愈縮愈細,檢測設備就要同時做到更高空間分辨率、足夠速度,以及低損傷、非接觸式量測。
55
32
真正嘅產業化關鍵,唔係單獨「整到13.5納米光」,而係可唔可以將各個部件整合成一套可以長期運行、定期校準,並且同晶圓廠製程數據形成閉環嘅系統。
GAA電晶體,點解令EUV檢測變得更重要?
由FinFET轉向閘極全環繞(GAA)電晶體之後,溝道、閘極同界面呈現更加明顯嘅三維結構,部分關鍵部位仲藏喺覆蓋層或者材料界面之下。單靠觀察表面,未必可以完整判斷關鍵尺寸、側壁輪廓、層間偏移同埋埋藏缺陷。公開報道將GAA視為推動新一代高分辨率、非接觸檢測需求嘅重要因素。
8
13.5納米EUV嘅價值,唔只係「波長短啲」咁簡單。喺散射量測入面,缺陷尺寸同照明波長都會大幅影響訊號強度;縮短波長有助提升對納米級缺陷嘅敏感度。不過,最後效果仲要睇光源功率、光學系統、探測器噪聲、樣品材料同重建算法。
18
EUV檢測可以透過散射量測、相干衍射成像(CDI)同反射式成像,根據衍射訊號反推出結構參數,而唔係用探針直接接觸晶圓。美國國家標準與技術研究院(NIST)曾經用桌面式HHG光源,為小於50納米嘅線空結構進行EUV衍射量測;另一項研究亦顯示,EUV散射量測對二維互連結構嘅面外特徵,可以達到單納米級敏感度。
33
34
EUV掩模,點解要用「同波長」檢測?
EUV掩模唔係普通透明菲林,而係由多層反射膜組成嘅複雜結構。某啲相位缺陷喺非EUV波長之下,未必容易判斷佢哋會唔會真正轉印到晶圓。
所以,業界講嘅「actinic inspection」,通常係指用曝光時相同嘅13.5納米波長做檢測。咁樣可以更直接評估缺陷係咪具備可印刷性。相關研究指出,13.5納米檢測對識別EUV多層掩模入面嘅關鍵相位缺陷尤其重要。
48
呢個亦係HHG受到重視嘅原因之一。HHG可以產生具備空間同時間相干性嘅EUV光,適合相干散射顯微鏡、衍射量測同無透鏡成像。三星公開資料曾介紹採用獨立HHG光源嘅EUV掩模缺陷複檢系統,反映HHG至少已經進入專用掩模複檢同研發設備嘅技術討論範圍。
42
四條EUV光源路線,各自有咩取捨?
LPP:功率最有優勢,但工程最複雜
激光產生等離子體(LPP)一般係用高功率激光轟擊液態錫滴,產生13.5納米EUV。ASML嘅EUV系統就採用呢條基本路線,產品資料顯示,13.5納米光源已經用於商業EUV曝光系統。
55
LPP最大優勢係輸出功率比較接近光刻同高吞吐量檢測嘅要求。但代價亦好高,包括高功率驅動激光、錫滴控制、碎屑抑制、集光鏡污染、散熱同維護。
對檢測設備嚟講,LPP提供較大吞吐量空間;但對初創公司嚟講,亦代表更高資本投入、工程難度同售後服務門檻。
DPP:體積較細嘅候選方案
放電產生等離子體(DPP)係透過放電形成EUV等離子體,系統有機會比大型加速器設施更加緊湊,亦可能適合部分量測功率需求。中國相關報道將DPP列為國內探索緊嘅路線之一。
17
26
不過,DPP仍要處理電極損耗、碎屑、等離子體穩定性、光源壽命同長期維護等問題。對產線嚟講,唔可以淨係睇佢產唔產生到13.5納米光,仲要睇佢可唔可以連續運行,以及維護週期係咪符合晶圓廠要求。
FEL同同步輻射:適合高端研發,未必適合普通產線
自由電子激光(FEL)同同步輻射光源具備高亮度、高相干性同可調諧等優勢,適合參考量測、材料研究、掩模分析同製程開發。
但呢類光源通常依賴大型加速器設施,體積、成本同運行條件都唔利於直接放入一般晶圓廠生產線。因此,加速器光源較可能首先擔當「標準」同「研發平台」角色,為其他量測系統提供高質素對照數據,而唔係即時取代緊湊型產線設備。
SSMB:瞄準高平均功率嘅長線方案
清華大學主導嘅穩態微聚束(SSMB),係利用儲存環內電子束,透過激光調制同波蕩器形成微聚束,並喺電子束一圈圈循環期間維持呢種結構。清華方面公布嘅原理驗證工作顯示,SSMB基本機制已經完成實驗演示;後續方案就提出13.5納米、高平均功率同窄頻寬EUV輻射目標。
1
2
4
SSMB吸引之處,在於佢嘗試將儲存環嘅高重複頻率,結合相干輻射嘅高亮度。相關設計資料提出每部工具超過1千瓦嘅目標,但呢個仍然係方案同工程研究指標,唔可以當成已經建成、並通過晶圓廠認證嘅量產光源。
3
10
佢目前嘅主要障礙包括電子束穩定性、激光調制、儲存環控制、光束質素、設施規模同系統成本。換句話講,SSMB比較似係可能改變高功率EUV供應方式嘅長線路線,而唔係目前最容易落地嘅桌面式檢測方案。
點解HHG會成為下一代量測嘅重要候選?
高次諧波產生(HHG)係將飛秒激光聚焦到氣體等介質,產生由EUV延伸至軟X射線範圍嘅高次諧波。相比錫等離子體光源,HHG通常有幾個特點:
- 有桌面化潛力: 唔需要大型同步輻射設施,適合實驗室同專用量測設備;
- 相干性高: 有利相干衍射成像、散射量測、ptychography同掩模複檢;
- 波長較靈活: 可以按材料、結構同量測模型選擇唔同波段;
- 冇錫滴碎屑: 唔依賴錫滴等離子體,因此可以減少相關污染控制壓力;
- 具備超快特性: 適合時間分辨量測同材料研究。
35
44
HHG特別適合「需要高相干性,但未必需要光刻級大功率」嘅應用。NIST已經用桌面式HHG光源進行EUV臨界尺寸衍射量測,相關研究亦將HHG視為EUV量測同成像嘅重要光源方向。
33
35
但HHG嘅短板亦好清楚:轉換效率同輸出功率偏低,光束穩定性、長期運行、重複頻率、光學損耗同大面積掃描吞吐量,仍然需要改善。針對EUV掩模全尺寸檢測,有工程分析估算實際應用可能需要約1至100毫瓦級光源功率;但需求會因應缺陷敏感度、掃描面積、訊噪比同吞吐量而改變,唔可以將單一功率數字當成所有設備嘅統一門檻。
51
公開資料顯示,ASML、Intel、三星同台積電都曾經使用或者評估HHG相關量測同檢測技術。
18
24不過,呢個應該理解為產業界正驗證HHG嘅潛力,而唔係HHG已經普遍取代等離子體光源,成為所有高產能量測設備嘅標準方案。
中國嘅本土生態:由光源延伸至整機整合
公開報道提到嘅中國企業,包括華芯極光、朗道科技、雲棲極耀、華日激光同皓宇芯光。相關報道將佢哋描述為分布喺光源、激光、設備同系統整合等環節,其中皓宇芯光主要關注HHG路線。
17
大學同科研機構方面,清華大學SSMB項目係目前公開資料入面較清晰嘅加速器光源路線。其原理驗證曾經同德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心,以及德國聯邦物理技術院合作完成,反映呢個方向仍然需要深厚嘅國際加速器科學同計量科學基礎。
2
14
一個可以持續發展嘅本土生態,仲要補足光源以外嘅環節:
- EUV多層反射鏡、真空腔體同污染控制;
- 探測器、精密平台、對準、校準同輻射計量;
- 散射模型、影像重建、缺陷分類同製程控制軟件;
- 掩模坯、薄膜、光刻膠同晶圓工藝測試結構;
- 同晶圓廠合作,建立量測結果同實際印刷、器件電性及良率之間嘅關聯。
所以,判斷本土化程度,唔可以淨係數「有幾多間公司做緊EUV光源」,仲要睇有冇可交付嘅整機、穩定嘅校準體系,以及真實生產數據閉環。
由實驗室樣機到量產工具,最難過嘅五關
1. 有效光功率同吞吐量
光源產生嘅功率,唔等於最後到達樣品、經光學系統收集,再轉化成有效訊號嘅功率。檢測工具要喺缺陷敏感度、掃描面積、曝光時間同噪聲之間搵到平衡。
2. 長期穩定性
晶圓廠要嘅係可以跨更次、跨月份運行穩定嘅工具,而唔係短時間性能好睇嘅實驗裝置。波長、劑量、指向、相干性同探測器響應,都要能夠監察、校準同維修。
3. 光源同系統壽命
等離子體部件、激光器、真空系統、反射鏡同探測器,都會影響維護週期。碎屑污染、光學性能衰減同關鍵部件更換成本,最終會直接影響設備總擁有成本。
4. 量測結果要同晶圓結果對得上
一幅高分辨率影像本身唔係終點。設備要證明自己量到嘅關鍵尺寸、套刻誤差或者缺陷特徵,可以預測實際晶圓印刷效果、器件性能同良率。否則,結果好難真正納入生產控制流程。
5. 製程同軟件整合
EUV檢測要配合掩模、光刻膠、薄膜、晶圓表面形貌、自動搬運、數據介面同工廠製程控制系統。客戶認證週期長,對比測試同現場運行數據,往往比一次實驗演示更加能夠決定技術可唔可以商業化。
30
50
判斷中國EUV量測係咪成熟,要睇咩?
未來最值得觀察嘅,唔係某個團隊有冇宣布「攞到13.5納米光」,而係以下幾項可以驗證嘅指標:
- 有冇持續運行數據;
- 有冇公開有效樣品功率同掃描吞吐量;
- 缺陷檢測結果有冇計量校準;
- 量測結果有冇同電子束、同步輻射或者晶圓電性結果建立關聯;
- 有冇晶圓廠完成長期試用同認證。
綜合目前公開資料,中國較合理嘅路徑可能係分階段推進:HHG先進入研發、掩模複檢同專用量測;DPP等較緊湊嘅等離子體路線,爭取部分在線應用;同步輻射同SSMB繼續支援高端光源及計量科學研究;LPP就喺最高功率同高吞吐量場景保持重要地位。
因此,中國EUV量測生態確實已經見到由光源研發走向設備同系統整合嘅雛形,但「形成生態」同「做到量產」之間,仍然有一段明顯距離。真正決定成敗嘅,唔係單獨製造13.5納米光,而係將光源、光學、探測器、算法、工藝材料同晶圓廠驗證,整合成一套可以長期可靠運行嘅生產工具。