9月27日消息,ASML首席技術(shù)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(shù)。
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(jù)筆者了解,一般整部EUV光刻機是由“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(nèi)噴出),將它們蒸發(fā)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(chǎn)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(chǎn)都是依賴于0.55 數(shù)值孔徑的EUV光刻機來進行生產(chǎn)。而High-NA EUV光刻機的出現(xiàn),則是為了幫助各大龍頭進一步?jīng)_擊實現(xiàn)3/2nm工藝,以滿足高性能計算等先進芯片需求。
當(dāng)前,High-NA EUV光刻機系統(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,精度會有所提高,可以實現(xiàn)更高分辨率的圖案化,以實現(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,每小時能生產(chǎn)超過200片晶圓。
造價更高,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(tǒng)的開發(fā),最大挑戰(zhàn)在于為EUV光學(xué)器件構(gòu)建計量工具。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“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(tǒng)的復(fù)雜性。根據(jù)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(chǎn)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(yīng)商。機器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和零部件極為復(fù)雜,對誤差和穩(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械進行打磨,尺寸調(diào)整次數(shù)更可能高達百萬次以上。
相比之下,High-NA EUV光刻機會比現(xiàn)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(jīng)收到了多個客戶的High-NA Twinscan EXE:5200系統(tǒng) (EUV 0.55 NA) 訂單。
在上周,ASML進一步詳細(xì)了這一消息,表示他們已經(jīng)獲得了5個High-NA產(chǎn)品的試點訂單,預(yù)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(chǎn)率”的后續(xù)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(yù)生產(chǎn)的 High-NA 機器。但究竟誰會是率先采用該光刻機設(shè)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(chǎn),并且確認(rèn)在18A節(jié)點上使用High-NA光刻機,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,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(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、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(jù)悉,臺積電在2024年拿到High-NA EUV光刻機后,初期僅用于研發(fā)和協(xié)作,期間會按照自己的要求進行調(diào)整,適當(dāng)時候再用于大規(guī)模生產(chǎn)。與3nm制程節(jié)點不同,2nm制程節(jié)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(yù)計N2工藝于2024年末將做好風(fēng)險生產(chǎn)的準(zhǔn)備,并在2025年末進入大批量生產(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DUV和90臺EUV ,但在2021年出貨量表現(xiàn)來看，分別不到200臺/35臺。疫情影響加上缺芯行情，導(dǎo)致光刻機設(shè)備也遲遲難以按時交付。
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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