光刻机投入

ASML 分享 High-NA EUV 光刻机最新进展：目标 2024-2025 年进厂

IT之家5月29日报道，半导体行业已经花了十多年的时间准备极紫外(EUV)光刻技术，新的高数值孔径EUV光刻(高NA EUV)技术将比这更快。

目前最先进的芯片是4/5纳米技术，三星和TSMC将在下半年能够量产3纳米技术。对于使用ASML EUV光刻技术的Twinscan NXE:3400C和类似系统，它们中的大多数都具有0.33 NA(数值孔径)的光学器件，可以提供13 nm的分辨率。

目前这个分辨率尺寸足够7 nm/6 nm节点(36 nm ~ 38 nm)和5nm (30 nm ~ 32 nm)单模，但是随着30 nm以下节距(5nm以上节点)的到来，13 nm分辨率可能需要双曝光技术，这将是未来几年的主流方法。

对于后3纳米时代，ASML及其合作伙伴正在开发一种全新的EUV掩模对准器-Twinscan EXE: 5000系列。这个系列的机器都会有一个分辨率为8nm的0.55 NA(高NA)镜头，尽量避免3nm以上节点的双重或多重曝光。

IT之家了解到，目前单曝光的EUV技术(NXE 3400C)在三星和TSMC的技术中都可以使用，但当节点工艺先进到5nm时，需要引入双曝光技术。对于主要的晶圆代工厂，主要目标是尽可能避免两次或多次曝光。

当然，目前我们的193nm浸没式DUV可以通过多次曝光实现7nm工艺，这也是TSMC早期7nm阶段使用的技术，但是这种技术更加复杂，对成品率、设备、成本都有很大的挑战，这也是目前EUV技术相比DUV最大的优势。

自2011年以来，22纳米和16纳米/14纳米FinFET晶体管结构已用于芯片制造。结构有点快，能耗低。但缺点也很明显，制造难度大，成本高。也正因为如此，节点技术的升级从之前的18个月延长到了2.5年甚至更久。对于更小的晶体管结构，光刻时光掩模(掩膜)上的纳米线结构变得更密集，逐渐超过相同光源条件下的分辨率，导致晶圆上光刻得到的结构模糊。因此，芯片厂商开始转向多次曝光技术，放宽原掩膜版上的微结构间距，使用两个或两个以上的掩膜版进行曝光，最后将整套晶体管刻蚀到晶圆上。

虽然ASML计划明年制造下一代高NA掩模对准器的原型，但它是世界尖端产业的产品。它们非常复杂、巨大且昂贵——每架都将耗资4亿多美元，仅运输一项就需要三架波音747来装载。

此外，高NA不仅需要新的光学器件，还需要新的光源材料，比如德国卡尔·蔡司在True 空制造的抛光超光滑曲面镜组成的光学系统，甚至需要新的更大的厂房来容纳这种机器，这将需要大量的投资。

但是，为了保持半导体在性能、功耗、面积和成本(PPAc)方面的优势，领先的厂商仍然愿意为新技术买单，这对后3nm联合具有重要意义。因此，无论是英特尔、三星还是TSMC，对它的需求都非常高。

几周前，ASML披露了其2022年第一季度的财务报告，称其收到了多家客户的高NA Twinscan EXE:5200系统(EUV 0.55 NA)订单。

据路透社报道，上周，ASML澄清说，他们已经获得了5个高NA产品的试点订单，预计将于2024年交付，还有“超过5个”具有“更高生产率”的后续型号的订单需要从2025年开始交付。

有趣的是，早在2020 ~ 2021年，ASML就表示已经收到三家客户的高NA意向订单，总共提供多达12套系统。目前可以肯定的是，2020-2021年预产高NA机，英特尔、三星、TSMC一定会胜出。

此外，ASML已经开始生产其首个高NA光刻系统，预计将于2023年完成(原型)，并将由Imec和ASML客户用于RD目的。

ASML首席执行官Peter Wennink表示，“我们在高NA EUV取得了良好的进展，并已开始在维尔德霍文新的无尘空室中建造第一台高NA光刻设备”。“在第一季度，我们收到了许多EXE:5200系统的订单。这个月我们还额外收到了一个EXE:5200的订单。目前，我们有来自三个逻辑芯片和两个存储芯片客户的高NA订单。EXE:5200是ASML的下一代高NA系统，它将为光刻技术的性能和生产率提供下一步发展。”

ASML的Twinscan EXE:5200比普通的Twinscan NXE:3400C机器复杂得多，因此建造这些机器也需要更长的时间。该公司希望在未来中期交付20套高NA系统，这可能意味着其客户将不得不参与竞争。

“我们还在与我们的供应链合作伙伴讨论，以确保中期内大约20个EUV 0.55NA系统的交付能力，”温宁克说。

到目前为止，唯一确认使用ASML高NA光刻机的是Intel 18A node。英特尔计划在2025年进入大规模生产，ASML将在那时开始交付其高NA EUV系统。然而最近，英特尔已经将其18A的生产计划推迟到2024年下半年，并表示可以使用ASML的Twinscan NXE:3600D或NXE:3800E生产，可能通过多次曝光模式。

从这个角度来看，英特尔的18A技术无疑将大大受益于高NA EUV工具，但它并不是完全离不开Twinscan EXE:5200机器。在商业上，虽然18A不一定需要新机器，但多重曝光模式意味着更长的产品周期、更低的生产率、更高的风险、更低的产量和更激烈的竞争。所以英特尔也一定希望它的18A节点早日到来，重铸昔日辉煌，从TSMC手中夺回昔日地位。

每个4亿美元:由ASML开发的下一代高NA掩模对准器预计将在2023年上半年推出。