9月27日消息,ASML首席技術官Martin van den Brink在接受采訪時表示,目前公司正有序推行其路線圖,在EUV之后是High-NA EUV技術。
值得注意的是,Martin van den Brink提到,ASML計劃在明年某個時間點向客戶交付首臺High-NA EUV光刻機。
High-NA EUV光刻機強在哪?
據筆者了解,一般整部EUV光刻機是由“照明光學模組”、“投影光學模組”、“光罩傳輸模組”、“光罩平臺模組”、“晶圓傳送模組”、“晶圓平臺模組”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滴的速度從噴嘴內噴出),將它們蒸發成等離子體,通過高價錫離子能級間的躍遷獲得13.5nm波長的EUV光線。
自2017年ASML的第一臺量產的EUV光刻機正式推出以來,三星的7nm/5nm工藝,臺積電的第二代7nm工藝和5nm工藝的量產都是依賴于0.55 數值孔徑的EUV光刻機來進行生產。而High-NA EUV光刻機的出現,則是為了幫助各大龍頭進一步沖擊實現3/2nm工藝,以滿足高性能計算等先進芯片需求。
當前,High-NA EUV光刻機系統將提供0.55數值孔徑,與此前配備0.33數值孔徑透鏡的EUV系統相比,精度會有所提高,可以實現更高分辨率的圖案化,以實現更小的晶體管特征,并且圖形曝光的成本更低、生產效率更高,每小時能生產超過200片晶圓。
造價更高,難度更大
雖然High NA EUV光刻系統比前一代擁有更高的性能,但造價相比前代也更高了,每臺的成本將超過 4 億美元,光運送就需要三架波音747來裝載。
此外,High NA EUV光刻系統的開發,最大挑戰在于為EUV光學器件構建計量工具。據悉,High-NA反射鏡的尺寸是其前身的兩倍,需要在20皮米內平整。這需要在一個“可以容納半個公司”的真空容器中進行驗證,而該容器位于蔡司。
ASML方面也表示,EUV是一個“怪物”,永遠不要低估一臺比公交巴士還大的系統的復雜性。根據ASML公布資料,一部EUV光刻機的長度超過10公尺、高度達2層樓的EUV,每臺有超過10萬個零件,加上3000條線纜、4萬個螺栓及2公里長的軟管等零組件,最大重量達180噸。其中的7大模塊,每個模塊則是由ASML全球六個生產基地之一制造(涵蓋了全球60個工廠),然后運送到荷蘭Veldhoven進行測試總裝,然后再將其拆開裝運,需要20輛卡車或3架滿載的波音747飛機。
需要指出的是,ASML的EUV光刻機的10萬多個零件,涉及到來自超過40多個國家的5000多家供應商。機器內部結構和零部件極為復雜,對誤差和穩定性的要求極高,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技術,85%的零部件是和供應鏈共同研發,甚至一些接口都要工程師用高精度機械進行打磨,尺寸調整次數更可能高達百萬次以上。
相比之下,High-NA EUV光刻機會比現有的EUV光刻機更為耗電,從1.5兆瓦增加到2兆瓦。主要原因是因為光源,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。
誰會率先用上High-NA EUV?
就在前段時間,ASML披露其2022年第一季度財報時表示,已經收到了多個客戶的High-NA Twinscan EXE:5200系統 (EUV 0.55 NA) 訂單。
在上周,ASML進一步詳細了這一消息,表示他們已經獲得了5個High-NA產品的試點訂單,預計將于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“更高生產率”的后續型號。
可以肯定的是,英特爾、三星和臺積電必然會拿下 2020 ~ 2021 年預生產的 High-NA 機器。但究竟誰會是率先采用該光刻機設備的廠商,目前難以考證。
英特爾曾表示,計劃從2025年使用High-NA EUV進行生產,并且確認在18A節點上使用High-NA光刻機,但最近英特爾已經將其18A的生產規劃調整到2024年下半年,并表示可以使用ASML的Twinscan NXE:3600D或NXE:3800E來生產,可能是通過多重曝光模式。
從這一點來看,英特爾的18A技術毫無疑問會大大受益于High-NA EUV工具,雖然沒有明確指出,只有Twinscan EXE:5200機器能滿足英特爾的18A技術開發需求,但多重曝光模式意味著更長的產品周期、更低的生產率、更高的風險、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 節點盡快到來。
另一方面,臺積電也傳出將在2024年引入High-NA EUV光刻機,并用于2nm芯片的制造上。據悉,臺積電在2024年拿到High-NA EUV光刻機后,初期僅用于研發和協作,期間會按照自己的要求進行調整,適當時候再用于大規模生產。與3nm制程節點不同,2nm制程節點將使用Gate-all-around FETs(GAAFET)晶體管,臺積電稱相比3nm工藝會有10%到15%的性能提升,還可以將功耗降低25%到30%。預計N2工藝于2024年末將做好風險生產的準備,并在2025年末進入大批量生產,客戶在2026年就能收到首批芯片。
小結
ASML在EUV領域的始終掌握著話語權，在2021年ASMl曾提出，希望到2025年出貨約600臺DUV和90臺EUV ,但在2021年出貨量表現來看，分別不到200臺/35臺。疫情影響加上缺芯行情，導致光刻機設備也遲遲難以按時交付。
盡管EUV的出貨量不及預期，但無疑已經成為了全球芯片產業最為重要的一部分。現在看來，新一代的High-NA EUV設備進展也比較順利。如果沒有意外的話，在2023年就能看到世界上第一臺High-NA EUV交付了。
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