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科普知識(shí)

DUV和EUV光刻機(jī)的區(qū)別在哪?

稿件來(lái)源:科創(chuàng)板日?qǐng)?bào) 責(zé)任編輯:ICAC 發(fā)布時(shí)間:2021-12-21

DUV:深紫外線(Deep Ultraviolet Lithography)

EUV:極深紫外線(Extreme Ultraviolet Lithography)

  一、DUV技術(shù)由日本和荷蘭獨(dú)立發(fā)展:   

  ArF干法后期兩大路徑之爭(zhēng),ArF濕法勝于F2。2002年DUV技術(shù)在干法ArF后期演化成2條主要進(jìn)化方向:

  其一是用157nm的F2的準(zhǔn)分子光源取代193nm的ArF光源。該方法較浸沒(méi)式ArF更為保守,代表廠商是尼康和佳能。

  其二,采用臺(tái)積電林本堅(jiān)的方案,依然使用193nm的ArF光源,但是將鏡頭和光刻膠之間的介質(zhì)由空氣改成液體。

  193nm的光經(jīng)過(guò)折射后,等效波長(zhǎng)為134nm,從而實(shí)現(xiàn)比F2光源更高的分辨率。浸沒(méi)式ArF的代表廠商是ASML和臺(tái)積電。由于F2光源無(wú)法穿透水,因此無(wú)法和浸沒(méi)式技術(shù)相結(jié)合,進(jìn)一步提升分辨率。ArF濕法在光刻精度上勝于F2。

  以ArF浸沒(méi)式為切入點(diǎn),ASML成為DUV時(shí)代龍頭。2002年臺(tái)積電林本堅(jiān)提出ArF浸沒(méi)式方案,隨后ASML在2003年成功推出第一臺(tái)浸沒(méi)式光刻樣機(jī)。尼康雖然在2006年也順利推出ArF浸沒(méi)式光刻機(jī),但市場(chǎng)先機(jī)早已被ASML奪走。伴隨著ASML和臺(tái)積電ArF浸沒(méi)式技術(shù)的成功,ASML和臺(tái)積電實(shí)現(xiàn)了雙贏。在光刻機(jī)領(lǐng)域,ASML開(kāi)始奮起反超Nikon;臺(tái)積電也成為第一家實(shí)現(xiàn)ArF浸沒(méi)式量產(chǎn)的公司。

  因?yàn)锳rF系列光刻機(jī)可用于制造7nm-130nm制程的芯片,而且該制程范圍內(nèi)的芯片占芯片供應(yīng)的60%多,所以ASML的市場(chǎng)份額快速提高,自2006年超越尼康成為全球光刻機(jī)龍頭以后,其行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位維持至今。同時(shí),由于核心浸沒(méi)式技術(shù)主要來(lái)自臺(tái)積電,所以美國(guó)在DUV領(lǐng)域不具備統(tǒng)治地位,ASML向中國(guó)出貨DUV光刻機(jī)也無(wú)需得到美國(guó)授權(quán)。

  

  二、EUV自出生就被美國(guó)從資本和技術(shù)層面全面掌控(與DUV有本質(zhì)的不同) 

  1997年至今,ASML被美國(guó)從資本和技術(shù)方面的滲透是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。我們按事件的進(jìn)程可以分為以下三個(gè)階段。

  1)1997年EUV LLC聯(lián)盟成立,ASML成功入局。EUV技術(shù)起源于英特爾和美國(guó)政府牽頭成立EUV LLC聯(lián)盟。該聯(lián)盟匯聚了美國(guó)頂尖的研究資源和芯片巨頭,包括勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,聯(lián)合IBM、AMD、摩托羅拉等科技巨頭,集中數(shù)百位頂尖科學(xué)家,共同研究EUV光刻技術(shù)。

  美國(guó)政府擔(dān)心尖端技術(shù)落入外國(guó)公司,所以反對(duì)尼康的加入,而ASML做出在美國(guó)建立工廠和研發(fā)基地等多項(xiàng)讓步后才成功加入EUV聯(lián)盟。隨后,ASML在2007年收購(gòu)美國(guó)Brion,獲取了光刻技術(shù)后,成功開(kāi)啟并購(gòu)美國(guó)光刻企業(yè)之路。至此,美國(guó)開(kāi)始在EUV技術(shù)方面滲入ASML。

  2)英特爾入股ASML疊加ASML并購(gòu)加速,美國(guó)加速實(shí)現(xiàn)對(duì)ASML的資本和技術(shù)雙控制。隨著ASML在DUV時(shí)代取得成功以及摩爾定律的逐漸放緩,美國(guó)計(jì)劃后續(xù)用出資入股和技術(shù)滲透的形式牢牢把控ASML的后續(xù)EUV技術(shù)。2012年,英特爾、三星、臺(tái)積電共同買(mǎi)入ASML23%的股權(quán),獲得了ASML光刻機(jī)的優(yōu)先供貨權(quán),成為了利益共同體。

  同時(shí),ASML并購(gòu)了美國(guó)Cymer、HMI等公司,增強(qiáng)了在光刻、光源、電子束檢測(cè)等方面的技術(shù)儲(chǔ)備。至此,美國(guó)已在技術(shù)和資本層面滲入ASML,并逐步掌控ASML EUV光刻機(jī)的產(chǎn)能和發(fā)展方向。

  3)目前ASML的EUV技術(shù)受控于美國(guó)。截止2020年末,ASML的EUV中有90%零部件來(lái)自進(jìn)口,而且根據(jù)ASML加入EUVLLC的承諾,美國(guó)零部件需占比55%以上。同時(shí),ASML的前三大股東均來(lái)自美國(guó),合計(jì)掌握ASML近30%的股權(quán)。所以,ASML的EUV光刻機(jī)的實(shí)際控制方是美國(guó)而非荷蘭。

  DUV已經(jīng)能滿足絕大多數(shù)需求:覆蓋7nm及以上制程需求。DUV和EUV最大的區(qū)別在光源方案。EUV的光源波長(zhǎng)為13.5nm,但最先進(jìn)DUV的光源波只有193nm,較長(zhǎng)的波長(zhǎng)使DUV無(wú)法實(shí)現(xiàn)更高的分辨率,因此DUV只能用于制造7nm及以上制程的芯片。鑒于DUV涵蓋了大部分?jǐn)?shù)字芯片和幾乎所有的模擬芯片。所以,完全掌握DUV技術(shù)就能在各類(lèi)芯片領(lǐng)域有所建樹(shù)。然而,隨著先進(jìn)制程向5nm及以下先進(jìn)制程進(jìn)化,EUV成為了剛需。

  EUV是未來(lái)光刻技術(shù)和先進(jìn)制程的核心。為了追求芯片更快的處理速度和更優(yōu)的能效,需要縮短晶體管內(nèi)部導(dǎo)電溝道的長(zhǎng)度,而光刻設(shè)備的分辨率決定了IC的最小線寬。因此,光刻機(jī)的升級(jí)就勢(shì)必要往最小分辨率水平發(fā)展。光刻機(jī)演進(jìn)過(guò)程是隨著光源改進(jìn)和工藝創(chuàng)新而不斷發(fā)展的。EUV作為5nm及更先進(jìn)制程芯片的剛需,覆蓋了手機(jī)SoC、CPU、GPU、1γ工藝DRAM等多種數(shù)字芯片。

  隨著先進(jìn)制程的進(jìn)一步推進(jìn),全球半導(dǎo)體制造龍頭臺(tái)積電、三星、英特爾紛紛擴(kuò)大EUV光刻機(jī)資本開(kāi)支,積極擴(kuò)充7nm以下先進(jìn)產(chǎn)能。另外,存儲(chǔ)龍頭三星、海力士、美光也隨著它們存儲(chǔ)器制程的進(jìn)步而加碼擴(kuò)大EUV光刻機(jī)的資本開(kāi)支。同時(shí),EUV相較DUV簡(jiǎn)化了光刻流程的復(fù)雜性,使客戶能夠提高成本效益。我們認(rèn)為,掌握EUV技術(shù),就是掌握未來(lái)半導(dǎo)體先進(jìn)制程的發(fā)展方向和制高點(diǎn)。美國(guó)作為全球半導(dǎo)體龍頭,深知EUV技術(shù)的重要性,所以必會(huì)牢牢控制EUV技術(shù)。

  基于內(nèi)外雙循環(huán),當(dāng)務(wù)之急是實(shí)現(xiàn)美國(guó)主導(dǎo)的非光刻設(shè)備(刻蝕機(jī)、PVD、CVD、ALD、清洗機(jī)、外延、測(cè)試、氧化、離子注入等)的突破。  

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