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

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

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 及類似系統(tǒng)來說，它們大都具有 0.33 NA（數(shù)值孔徑）的光學(xué)器件，可提供 13 nm 分辨率。

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

對于后 3nm 時(shí)代，ASML 及其合作伙伴正在開發(fā)一種全新的 EUV 光刻機(jī) ——Twinscan EXE:5000 系列，該系列機(jī)器將具有 0.55 NA（高 NA）的透鏡，分辨率達(dá) 8nm，從而在 3 nm 及以上節(jié)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(dāng)節(jié)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來說，其主要的目標(biāo)就是盡可能的避免雙重或是多重曝光。

當(dāng)然，我們現(xiàn)階段 193nm 浸入式的 DUV 通過多重曝光也能夠?qū)崿F(xiàn) 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(fù)雜，對良率、設(shè)備、成本等都提出了很大的挑戰(zhàn)，這同樣也是現(xiàn)行的 EUV 技術(shù)對比 DUV 的最大優(yōu)點(diǎn)。

自 2011 年開始，在芯片的制備中開始采用 22nm 和 16nm / 14nm 的 FinFET 晶體管結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)有點(diǎn)是速度快，能耗低。但是缺點(diǎn)也很明顯，制造困難成本過高。也正是因?yàn)榇?，對?jié)點(diǎn)工藝的提升從以前的 18 個月延長到了 2.5 年或更長的時(shí)間。對于更微小的晶體管結(jié)構(gòu)，光刻中光罩（掩膜）上的納米線程結(jié)構(gòu)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(dǎo)致晶圓上光刻得到的結(jié)構(gòu)模糊。因此，芯片制造商開始轉(zhuǎn)向多重曝光技術(shù)，將原始的掩膜上的微結(jié)構(gòu)間距放寬，采用兩個或多個掩膜分布進(jìn)行曝光，最終將整套晶體管刻蝕到晶圓上。

雖然 ASML 計(jì)劃在明年制造出下一代 High-NA光刻機(jī)的原型機(jī)，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(fù)雜、非常龐大且昂貴 —— 每臺的成本將超過 4 億美元，光運(yùn)送就需要三架波音 747 來裝載。

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由拋光、超光滑曲面鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)，甚至還需要新的更大的廠房來容納這種機(jī)器，這都將需要大量投資。

但為了保持半導(dǎo)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去用新技術(shù)，而這種技術(shù)對于后 3nm 等至關(guān)節(jié)點(diǎn)具有重要意義。因此，無論是已經(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(cái)報(bào)，稱其已經(jīng)收到了多個客戶的 High-NA Twinscan EXE:5200 系統(tǒng) (EUV 0.55 NA) 訂單。

據(jù)路透社報(bào)道，ASML 上周澄清說，他們已經(jīng)獲得了 5 個 High-NA 產(chǎn)品的試點(diǎn)訂單，預(yù)計(jì)將于 2024 年交付，并有著“超過 5 個”訂單需要從 2025 年開始交付的具有“更高生產(chǎn)率”的后續(xù)型號。

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

此外，ASML 已經(jīng)開始生產(chǎn)其首個 High-NA 光刻系統(tǒng)，預(yù)計(jì)將于 2023 年完成（原型機(jī)），并將被 Imec 和 ASML 客戶用于研發(fā)用途。

ASML 首席執(zhí)行官 Peter Wennink 表示:“在 High-NA EUV 方面，我們?nèi)〉昧肆己玫倪M(jìn)展，目前已經(jīng)開始在我們位于維爾德霍芬的新無塵空間中打造第一個 High-NA 光刻”，“在第一季度，我們收到了多份 EXE:5200 系統(tǒng)的訂單。我們這個月也還收到額外的 EXE:5200 訂單。我們目前已有來自三個邏輯芯片和兩個存儲芯片客戶的 High-NA 訂單。EXE:5200 是 ASML 的下一代高 NA 系統(tǒng)，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(jī)器要復(fù)雜得多，因此打造這些機(jī)器也需要更長的時(shí)間。該公司希望在未來中期能夠交付 20 套 High-NA 系統(tǒng)，這可能意味著其客戶將不得不進(jìn)行競爭。

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

到目前為止，唯一確認(rèn)使用 ASML High-NA 光刻機(jī)的是英特爾 18A 節(jié)點(diǎn)，英特爾計(jì)劃在 2025 年進(jìn)入大批量生產(chǎn)，而 ASML 也是大約在那時(shí)開始交付其 High-NA EUV 系統(tǒng)。但最近英特爾已經(jīng)將其 18A 的生產(chǎn)規(guī)劃推遲到 2024 年下半年，并表示可以使用 ASML 的 Twinscan NXE:3600D 或 NXE:3800E 來生產(chǎn)，可能是通過多重曝光模式。

從這一點(diǎn)來看，英特爾的 18A 技術(shù)毫無疑問會大大受益于 High-NA EUV 工具，但也并非完全離不開Twinscan EXE:5200 機(jī)器。在商言商，雖然 18A 不一定需要新機(jī)器，但多重曝光模式意味著更長的產(chǎn)品周期、更低的生產(chǎn)率、更高的風(fēng)險(xiǎn)、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(jié)點(diǎn)盡快到來，從而重鑄往日榮光，好從臺積電手中奪回曾經(jīng)的地位。