9月27日消息,ASML首席技術(shù)官M(fèi)artin van den Brink在接受采訪時(shí)表示,目前公司正有序推行其路線圖,在EUV之后是High-NA EUV技術(shù)。

值得注意的是,Martin van den Brink提到,ASML計(jì)劃在明年某個(gè)時(shí)間點(diǎn)向客戶交付首臺(tái)High-NA EUV光刻機(jī)。

High-NA EUV光刻機(jī)強(qiáng)在哪?

據(jù)筆者了解,一般整部EUV光刻機(jī)是由“照明光學(xué)模組”、“投影光學(xué)模組”、“光罩傳輸模組”、“光罩平臺(tái)模組”、“晶圓傳送模組”、“晶圓平臺(tái)模組”及“光源模組”七大模組組成。

其中,EUV光源被稱為激光等離子體光源,是通過30千瓦功率的二氧化碳激光器每秒2次轟擊霧化的錫(Sn)金屬液滴(錫金屬液滴以每秒50000滴的速度從噴嘴內(nèi)噴出),將它們蒸發(fā)成等離子體,通過高價(jià)錫離子能級(jí)間的躍遷獲得13.5nm波長的EUV光線。

自2017年ASML的第一臺(tái)量產(chǎn)的EUV光刻機(jī)正式推出以來,三星的7nm/5nm工藝,臺(tái)積電的第二代7nm工藝和5nm工藝的量產(chǎn)都是依賴于0.55 數(shù)值孔徑的EUV光刻機(jī)來進(jìn)行生產(chǎn)。而High-NA EUV光刻機(jī)的出現(xiàn),則是為了幫助各大龍頭進(jìn)一步?jīng)_擊實(shí)現(xiàn)3/2nm工藝,以滿足高性能計(jì)算等先進(jìn)芯片需求。

當(dāng)前,High-NA EUV光刻機(jī)系統(tǒng)將提供0.55數(shù)值孔徑,與此前配備0.33數(shù)值孔徑透鏡的EUV系統(tǒng)相比,精度會(huì)有所提高,可以實(shí)現(xiàn)更高分辨率的圖案化,以實(shí)現(xiàn)更小的晶體管特征,并且圖形曝光的成本更低、生產(chǎn)效率更高,每小時(shí)能生產(chǎn)超過200片晶圓。

造價(jià)更高,難度更大

雖然High NA EUV光刻系統(tǒng)比前一代擁有更高的性能,但造價(jià)相比前代也更高了,每臺(tái)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 EUV光刻系統(tǒng)的開發(fā),最大挑戰(zhàn)在于為EUV光學(xué)器件構(gòu)建計(jì)量工具。據(jù)悉,High-NA反射鏡的尺寸是其前身的兩倍,需要在20皮米內(nèi)平整。這需要在一個(gè)“可以容納半個(gè)公司”的真空容器中進(jìn)行驗(yàn)證,而該容器位于蔡司。

ASML方面也表示,EUV是一個(gè)“怪物”,永遠(yuǎn)不要低估一臺(tái)比公交巴士還大的系統(tǒng)的復(fù)雜性。根據(jù)ASML公布資料,一部EUV光刻機(jī)的長度超過10公尺、高度達(dá)2層樓的EUV,每臺(tái)有超過10萬個(gè)零件,加上3000條線纜、4萬個(gè)螺栓及2公里長的軟管等零組件,最大重量達(dá)180噸。其中的7大模塊,每個(gè)模塊則是由ASML全球六個(gè)生產(chǎn)基地之一制造(涵蓋了全球60個(gè)工廠),然后運(yùn)送到荷蘭Veldhoven進(jìn)行測(cè)試總裝,然后再將其拆開裝運(yùn),需要20輛卡車或3架滿載的波音747飛機(jī)。

需要指出的是,ASML的EUV光刻機(jī)的10萬多個(gè)零件,涉及到來自超過40多個(gè)國家的5000多家供應(yīng)商。機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和零部件極為復(fù)雜,對(duì)誤差和穩(wěn)定性的要求極高,并且這些零件幾乎都是定制的,90%零件都采用的是世界上最先進(jìn)技術(shù),85%的零部件是和供應(yīng)鏈共同研發(fā),甚至一些接口都要工程師用高精度機(jī)械進(jìn)行打磨,尺寸調(diào)整次數(shù)更可能高達(dá)百萬次以上。

相比之下,High-NA EUV光刻機(jī)會(huì)比現(xiàn)有的EUV光刻機(jī)更為耗電,從1.5兆瓦增加到2兆瓦。主要原因是因?yàn)楣庠?High-NA使用了相同的光源需要額外0.5兆瓦,ASML還使用水冷銅線為其供電。

誰會(huì)率先用上High-NA EUV?

就在前段時(shí)間,ASML披露其2022年第一季度財(cái)報(bào)時(shí)表示,已經(jīng)收到了多個(gè)客戶的High-NA Twinscan EXE:5200系統(tǒng) (EUV 0.55 NA) 訂單。

在上周,ASML進(jìn)一步詳細(xì)了這一消息,表示他們已經(jīng)獲得了5個(gè)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(gè)”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(hào)。

可以肯定的是,英特爾、三星和臺(tái)積電必然會(huì)拿下 2020 ~ 2021 年預(yù)生產(chǎn)的 High-NA 機(jī)器。但究竟誰會(huì)是率先采用該光刻機(jī)設(shè)備的廠商,目前難以考證。

英特爾曾表示,計(jì)劃從2025年使用High-NA EUV進(jìn)行生產(chǎn),并且確認(rèn)在18A節(jié)點(diǎn)上使用High-NA光刻機(jī),但最近英特爾已經(jīng)將其18A的生產(chǎn)規(guī)劃調(diào)整到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(huì)大大受益于High-NA EUV工具,雖然沒有明確指出,只有Twinscan EXE:5200機(jī)器能滿足英特爾的18A技術(shù)開發(fā)需求,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。

另一方面,臺(tái)積電也傳出將在2024年引入High-NA EUV光刻機(jī),并用于2nm芯片的制造上。據(jù)悉,臺(tái)積電在2024年拿到High-NA EUV光刻機(jī)后,初期僅用于研發(fā)和協(xié)作,期間會(huì)按照自己的要求進(jìn)行調(diào)整,適當(dāng)時(shí)候再用于大規(guī)模生產(chǎn)。與3nm制程節(jié)點(diǎn)不同,2nm制程節(jié)點(diǎn)將使用Gate-all-around FETs(GAAFET)晶體管,臺(tái)積電稱相比3nm工藝會(huì)有10%到15%的性能提升,還可以將功耗降低25%到30%。預(yù)計(jì)N2工藝于2024年末將做好風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)的準(zhǔn)備,并在2025年末進(jìn)入大批量生產(chǎn),客戶在2026年就能收到首批芯片。

小結(jié)

ASML在EUV領(lǐng)域的始終掌握著話語權(quán)，在2021年ASMl曾提出，希望到2025年出貨約600臺(tái)DUV和90臺(tái)EUV ,但在2021年出貨量表現(xiàn)來看，分別不到200臺(tái)/35臺(tái)。疫情影響加上缺芯行情，導(dǎo)致光刻機(jī)設(shè)備也遲遲難以按時(shí)交付。

盡管EUV的出貨量不及預(yù)期，但無疑已經(jīng)成為了全球芯片產(chǎn)業(yè)最為重要的一部分。現(xiàn)在看來，新一代的High-NA EUV設(shè)備進(jìn)展也比較順利。如果沒有意外的話，在2023年就能看到世界上第一臺(tái)High-NA EUV交付了。

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