ASML 分享 High-NA EUV 光刻機最新進(jìn)展：目標 2024-2025 年進(jìn)廠(chǎng)

5 月 29 日消息，半導體行業(yè)花了十多年的時(shí)間來(lái)準備極紫外線(xiàn) (EUV) 光刻技術(shù)，而新的高數值孔徑 EUV 光刻（High-NA EUV）技術(shù)將會(huì )比這更快。

目前，最先進(jìn)的芯片是 4/5 納米級工藝，下半年三星和臺積電還能量產(chǎn) 3nm 技術(shù)，而對于使用 ASML EUV 光刻技術(shù)的 Twinscan NXE:3400C 及類(lèi)似系統來(lái)說(shuō)，它們大都具有 0.33 NA（數值孔徑）的光學(xué)器件，可提供 13 nm 分辨率。

目前來(lái)看，這種分辨率尺寸對于 7 nm / 6 nm 節點(diǎn) (36 nm ~ 38 nm) 和 5nm (30 nm ~ 32 nm) 的單模已經(jīng)足夠用了，但隨著(zhù)間距低于 30 nm（超過(guò) 5 nm 級的節點(diǎn)）到來(lái)，13 nm 分辨率可能需要雙重曝光技術(shù)，這是未來(lái)幾年內的主流方法。

對于后 3nm 時(shí)代，ASML 及其合作伙伴正在開(kāi)發(fā)一種全新的 EUV 光刻機 ——Twinscan EXE:5000 系列，該系列機器將具有 0.55 NA（高 NA）的透鏡，分辨率達 8nm，從而在 3 nm 及以上節點(diǎn)中盡可能的避免雙重或是多重曝光。

IT之家了解到，目前三星和臺積電的技術(shù)均可采用單次曝光的 EUV 技術(shù)（NXE 3400C），但是當節點(diǎn)工藝推進(jìn)到 5nm 處時(shí)，則需要引入雙重曝光技術(shù)。對于各大晶圓代工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，其主要的目標就是盡可能的避免雙重或是多重曝光。

當然，我們現階段 193nm 浸入式的 DUV 通過(guò)多重曝光也能夠實(shí)現 7nm 工藝，這同樣也是臺積電早期7nm 所用的技術(shù)，但是這種技術(shù)更顯復雜，對良率、設備、成本等都提出了很大的挑戰，這同樣也是現行的 EUV 技術(shù)對比 DUV 的最大優(yōu)點(diǎn)。

自 2011 年開(kāi)始，在芯片的制備中開(kāi)始采用 22nm 和 16nm / 14nm 的 FinFET 晶體管結構。該結構有點(diǎn)是速度快，能耗低。但是缺點(diǎn)也很明顯，制造困難成本過(guò)高。也正是因為此，對節點(diǎn)工藝的提升從以前的 18 個(gè)月延長(cháng)到了 2.5 年或更長(cháng)的時(shí)間。對于更微小的晶體管結構，光刻中光罩（掩膜）上的納米線(xiàn)程結構也變得密集化，這逐漸超越了同等光源條件下的分辨率，從而導致晶圓上光刻得到的結構模糊。因此，芯片制造商開(kāi)始轉向多重曝光技術(shù)，將原始的掩膜上的微結構間距放寬，采用兩個(gè)或多個(gè)掩膜分布進(jìn)行曝光，最終將整套晶體管刻蝕到晶圓上。

雖然 ASML 計劃在明年制造出下一代 High-NA光刻機的原型機，但這畢竟是集全球尖端產(chǎn)業(yè)之大成的產(chǎn)物，它們非常復雜、非常龐大且昂貴 —— 每臺的成本將超過(guò) 4 億美元，光運送就需要三架波音 747 來(lái)裝載。

此外，High-NA 不僅需要新的光學(xué)器件，還需要新的光源材料，例如德國蔡司 (Carl Zeiss) 在真空中制造的一個(gè)由拋光、超光滑曲面鏡組成的光學(xué)系統，甚至還需要新的更大的廠(chǎng)房來(lái)容納這種機器，這都將需要大量投資。

但為了保持半導體的性能、功率、面積和成本（PPAc）等方面的優(yōu)勢，已經(jīng)領(lǐng)先的制造商們依然愿意掏錢(qián)去用新技術(shù)，而這種技術(shù)對于后 3nm 等至關(guān)節點(diǎn)具有重要意義。因此，無(wú)論是已經(jīng)下定的英特爾，還是三星、臺積電，對它的需求都是非常之高。

幾周前，ASML 披露其在 2022 年第一季度的財報，稱(chēng)其已經(jīng)收到了多個(gè)客戶(hù)的 High-NA Twinscan EXE:5200 系統 (EUV 0.55 NA) 訂單。

據路透社報道，ASML 上周澄清說(shuō)，他們已經(jīng)獲得了 5 個(gè) High-NA 產(chǎn)品的試點(diǎn)訂單，預計將于 2024 年交付，并有著(zhù)“超過(guò) 5 個(gè)”訂單需要從 2025 年開(kāi)始交付的具有“更高生產(chǎn)率”的后續型號。

有趣的是，早在 2020 ~ 2021 年，ASML 就表示已經(jīng)收到了三家客戶(hù)的 High-NA 意向訂單，共提供多達 12 套系統。目前可以肯定的是，英特爾、三星和臺積電必然會(huì )拿下2020 ~ 2021 年預生產(chǎn)的 High-NA 機器。

此外，ASML 已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)其首個(gè) High-NA 光刻系統，預計將于 2023 年完成（原型機），并將被 Imec 和 ASML 客戶(hù)用于研發(fā)用途。

ASML 首席執行官 Peter Wennink 表示:“在 High-NA EUV 方面，我們取得了良好的進(jìn)展，目前已經(jīng)開(kāi)始在我們位于維爾德霍芬的新無(wú)塵空間中打造第一個(gè) High-NA 光刻”，“在第一季度，我們收到了多份 EXE:5200 系統的訂單。我們這個(gè)月也還收到額外的 EXE:5200 訂單。我們目前已有來(lái)自三個(gè)邏輯芯片和兩個(gè)存儲芯片客戶(hù)的 High-NA 訂單。EXE:5200 是 ASML 的下一代高 NA 系統，將為光刻技術(shù)的性能和生產(chǎn)力提供下一步的發(fā)展?！?/p>

ASML 的 Twinscan EXE:5200 比普通的 Twinscan NXE:3400C 機器要復雜得多，因此打造這些機器也需要更長(cháng)的時(shí)間。該公司希望在未來(lái)中期能夠交付 20 套 High-NA 系統，這可能意味著(zhù)其客戶(hù)將不得不進(jìn)行競爭。

“我們也在與我們的供應鏈伙伴討論，以確保中期大約 20 個(gè) EUV 0.55NA 系統的交付能力，”Wennink 說(shuō)。

到目前為止，唯一確認使用 ASML High-NA 光刻機的是英特爾 18A 節點(diǎn)，英特爾計劃在 2025 年進(jìn)入大批量生產(chǎn)，而 ASML 也是大約在那時(shí)開(kāi)始交付其 High-NA EUV 系統。但最近英特爾已經(jīng)將其 18A 的生產(chǎn)規劃推遲到 2024 年下半年，并表示可以使用 ASML 的 Twinscan NXE:3600D 或 NXE:3800E 來(lái)生產(chǎn)，可能是通過(guò)多重曝光模式。

從這一點(diǎn)來(lái)看，英特爾的 18A 技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)會(huì )大大受益于 High-NA EUV 工具，但也并非完全離不開(kāi)Twinscan EXE:5200 機器。在商言商，雖然 18A 不一定需要新機器，但多重曝光模式意味著(zhù)更長(cháng)的產(chǎn)品周期、更低的生產(chǎn)率、更高的風(fēng)險、更低的收益率，和更難的競爭。所以，英特爾肯定也希望它的 18A 節點(diǎn)盡快到來(lái)，從而重鑄往日榮光，好從臺積電手中奪回曾經(jīng)的地位。