極紫外光刻新技術(shù)問(wèn)世，大幅降本增效

極紫外線(xiàn)光刻機（Extreme Ultra-violet），又通常被稱(chēng)為 EUV 光刻機，它以波長(cháng)為 10~14 納米的極紫外光作為光源的光刻技術(shù)，該設備當前可被應用于 14 納米及以下的先進(jìn)制程芯片的制造。

極紫外線(xiàn)光刻機是芯片生產(chǎn)工具，是生產(chǎn)大規模集成電路的核心設備，對芯片工藝有著(zhù)決定性的影響。小于 5 納米的芯片晶圓，只能用 EUV 光刻機生產(chǎn)。

據日本沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST）官網(wǎng)最新報告，該校設計了一種極紫外（EUV）光刻技術(shù)，超越了半導體制造業(yè)的標準界限?；诖嗽O計的光刻設備可采用更小的 EUV 光源，其功耗還不到傳統 EUV 光刻機的十分之一，從而降低成本并大幅提高機器的可靠性和使用壽命。

在傳統光學(xué)系統中，例如照相機、望遠鏡和傳統的紫外線(xiàn)光刻技術(shù)，光圈和透鏡等光學(xué)元件以軸對稱(chēng)方式排列在一條直線(xiàn)上。這種方法并不適用于 EUV 射線(xiàn)，因為它們的波長(cháng)極短，大多數會(huì )被材料吸收。因此，EUV 光使用月牙形鏡子引導。但這又會(huì )導致光線(xiàn)偏離中心軸，從而犧牲重要的光學(xué)特性并降低系統的整體性能。

為解決這一問(wèn)題，新光刻技術(shù)通過(guò)將兩個(gè)具有微小中心孔的軸對稱(chēng)鏡子排列在一條直線(xiàn)上來(lái)實(shí)現其光學(xué)特性。

由于 EUV 吸收率極高，每次鏡子反射，能量就會(huì )減弱 40%。按照行業(yè)標準，只有大約 1% 的 EUV 光源能量通過(guò) 10 面反射鏡最終到達晶圓，這意味著(zhù)需要非常高的 EUV 光輸出。

相比之下，將 EUV 光源到晶圓的反射鏡數量限制為總共 4 面，就能有超過(guò) 10% 的能量可以穿透到晶圓，顯著(zhù)降低了功耗。

新 EUV 光刻技術(shù)的核心投影儀能將光掩模圖像轉移到硅片上，它由兩個(gè)反射鏡組成，就像天文望遠鏡一樣。團隊稱(chēng)，這種配置簡(jiǎn)單得令人難以想象，因為傳統投影儀至少需要 6 個(gè)反射鏡。但這是通過(guò)重新思考光學(xué)像差校正理論而實(shí)現的，其性能已通過(guò)光學(xué)模擬軟件驗證，可保證滿(mǎn)足先進(jìn)半導體的生產(chǎn)。團隊為此設計一種名為「雙線(xiàn)場(chǎng)」的新型照明光學(xué)方法，該方法使用 EUV 光從正面照射平面鏡光掩模，卻不會(huì )干擾光路。

今年 5 月，臺積電也曾表示 A16 先進(jìn)制程節點(diǎn)不一定需要 ASML 最新的先進(jìn)芯片制造設備高數值孔徑極紫外光曝光機（High-NA EUV），原因是太貴了。據悉，這一部機器要價(jià) 3.8 億美元。

臺積電業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)資深副總經(jīng)理暨副共同營(yíng)運長(cháng)張曉強表示：「價(jià)格非常高昂。我喜歡 High-NA EUV 的能力，但我不喜歡它的標價(jià)?！?/p>

據悉，ASML 的這款新設備能夠用僅僅 8 納米寬的線(xiàn)條壓印半導體，相較下，前一代機器的線(xiàn)條寬度則高出 1.7 倍。

售價(jià)方面，這款 EUV 一部售價(jià)達到 3.5 億歐元（3.8 億美元），重量等同于兩臺空巴 A320 客機。

ASML 是唯一生產(chǎn)用來(lái)生產(chǎn)最復雜半導體所需設備的廠(chǎng)商，ASML 產(chǎn)品的需求是半導體產(chǎn)業(yè)景氣的晴雨表。

英特爾已經(jīng)采購了 ASML 這款最新的 High-NA EUV 設備，而且在去年 12 月底，第一臺設備就已運往英特爾奧勒岡廠(chǎng)。

張曉強說(shuō)，臺積電所謂 A16 先進(jìn)制程節點(diǎn)（預定 2026 年稍晚量產(chǎn)）不一定需要使用 ASML 的 High NA EUV 設備，而且可以繼續仰賴(lài)臺積電已有的較舊款 EUV 設備，「我認為目前，我們現有的 EUV 能力應該有辦法支援了」。

使用新的 ASML 技術(shù)，將取決于它在何處最具經(jīng)濟效益，以及「我們能夠達成的技術(shù)平衡」。他不愿透露臺積電何時(shí)將從 ASML 采購 High-NA EUV。

制造先進(jìn)導體正面臨成本上升、技術(shù)更加復雜的局面。英特爾面臨的挑戰尤多，還大力推動(dòng)進(jìn)軍晶圓代工市場(chǎng)，想切入臺積電稱(chēng)霸的晶圓代工市場(chǎng)。

據悉，英特爾已經(jīng)獲得了 ASML 在明年上半年制造的大部分高數值孔徑 (NA) 極紫外 (EUV) 光刻設備。

ASML 今年計劃生產(chǎn) 5 臺高 NA EUV 光刻設備，而這些設備將全部供應給英特爾。他們表示，ASML 每年生產(chǎn)高數值孔徑（NA）EUV 設備的能力約為 5-6 臺，由此可見(jiàn)英特爾已經(jīng)獲得了計劃在 2024 年生產(chǎn)的全部 5 臺設備——每臺單位的成本約為 3.7 億美元，這凸顯了英特爾在先進(jìn)制造技術(shù)上的巨大投資。

與此同時(shí)，英特爾的競爭對手如三星和 SK 海力士則必須等到 2025 年下半年才能獲得此類(lèi)設備。他們還表示，這家美國芯片制造商在宣布重新進(jìn)入芯片代工或代工芯片生產(chǎn)業(yè)務(wù)時(shí)，搶先購買(mǎi)了這些設備。

張曉強表示，營(yíng)運晶圓廠(chǎng)的成本，包括營(yíng)建、工具、電力和原物料「持續上漲」「這是整個(gè)產(chǎn)業(yè)面臨的集體挑戰?！?/p>