EUV光刻机，创下新纪录

2024-05-29 12:31

ASML 在 imec 的 ITF World 2024 大会上宣布，其首台高数值孔径机器现已创下新的芯片制造密度记录，超越了两个月前创下的记录。ASML 前总裁兼首席技术官 Martin van den Brink 目前在该公司担任顾问，他还提议该公司可以开发超数值孔径（hyper NA）芯片制造工具，以进一步扩大其高数值孔径机器的规模，并分享了潜在的路线图。
他概述了一项计划，通过大幅提高未来 ASML 工具的速度到每小时 400 到 500 个晶圆 (wph)，这是目前 200 wph 峰值的两倍多，从而降低 EUV 芯片制造成本。他还为 ASML 未来的 EUV 工具系列提出了一种模块化统一设计。
Van der Brink 表示，经过进一步调整，ASML 现已使用其开创性的高数值孔径 EUV 机器打印出 8nm 密集线条，这是专为生产环境设计的机器的密度记录。这打破了该公司在 4 月初创下的记录，当时该公司宣布已使用位于荷兰费尔德霍芬 ASML 总部与 imec 联合实验室的开创性高 NA 机器打印出 10nm 密集线条。

从长远来看，ASML 的标准低 NA EUV 机器可以打印 13.5nm 的临界尺寸（CD——可以打印的最小特征），而新的High NA EXE:5200 EUV 工具旨在通过打印 8nm 特征来制造更小的晶体管。因此，ASML 现在已经证明其机器可以满足其基本规格。
“今天，我们已经取得了进展，能够显示创纪录的 8nm 成像，在整个视野范围内得到校正，但也有一定程度的重叠，”Van der Brink 说道，“顺便说一句，这不是完美的数据，但它只是为了向你展示进展。今天，我们有信心，凭借High NA 技术，我们将能够在未来的时间里跨越到终点线。”

这一里程碑代表了 10 多年的研发和数十亿欧元投资的成果，但仍有更多工作要做，以优化系统并为主要芯片制造商的大规模生产做好准备。这项工作已经在荷兰开始，而英特尔是已知唯一一家已经完全组装High NA 系统的芯片制造商，它正紧随 ASML 的脚步，在俄勒冈州的 D1X 工厂投入运营自己的机器。英特尔将首先将其 EXE:5200 High NA 机器用于研发目的，然后将其投入生产 14A 节点。

Van der Brink 还再次提出了一种新的超数值孔径 EUV 机器，但尚未对该机器做出最终决定——ASML 似乎正在衡量行业兴趣，但只有时间才能证明它是否会实现。
当今的标准 EUV 机器使用波长为 13.5nm 且数值孔径 (NA——收集和聚焦光的能力的量度) 为 0.33 的光。相比之下，新的高数值孔径机器使用相同的光波长，但采用 0.55 NA 来打印更小的特征。Van der Brink 提出的超数值孔径系统将再次使用相同波长的光，但将 NA 扩大到 0.75，以能够打印更小的特征。我们不确定提议的临界尺寸，但上面的 ASML 晶体管时间线显示它正在 16nm 金属间距（A3 节点）处拦截并延伸到 10nm（A2 以下节点）。

根据上述路线图，Hyper-NA 可能适用于单次曝光 2DFET 晶体管，但目前尚不清楚使用 High-NA 和多重曝光是否也能产生如此精细的间距。
如您在上面的第一张幻灯片中看到的，这台机器要到 2033 年左右才会问世。今天的 High-NA 机器已经花费了大约 4 亿美元。由于需要更大、更先进的镜子和改进的照明系统，Hyper-NA 将是一个更昂贵的选择。
与其前代产品一样，Hyper-NA 的目标是通过单次曝光打印更小的特征，以避免多重曝光技术（同一区域的多次曝光），这些技术往往会增加芯片制造过程的时间和步骤，同时也会增加出现缺陷的可能性，所有这些都会增加成本。Van Der Brink 表示，继续开发光刻机和先进掩模将是提高印刷特征分辨率的关键。Hyper-NA 还将使用改进的照明系统以获得最佳效果。ASML 没有详细说明，但可以合理地认为，改进后的照明器将与更高功率的光源配对，以帮助增加剂量，以抵消 0.75 NA 使用的更高镜面角度并提高产量。
Van der Brink 还提议将公司未来机器的产量从目前的约 200 wph 提高到未来的 400 到 500 wph。这是 ASML 可以控制成本的另一个杠杆，从而对抗每一代新芯片中每个晶体管价格上涨的趋势。

为了加快开发速度并降低成本，ASML 已经使用其现有的Low NA Twinscan NXE:3600 EUV 机器作为其新High NA 机器的构建模块。ASML 的Low NA 型号采用模块化设计，使该公司能够利用成熟的技术和模块为其新工具服务，并且该公司只在需要时添加新模块。
但是，还有更多优化空间。Van der Brink 认为，在未来十年内，该公司在创建新工具时将加倍采用模块化设计理念。拟议的长期路线图显示，Low NA、High NA 和Hyper NA 都具有越来越通用的模块化平台和共享组件。这种设计是 ASML 可以控制成本的另一个杠杆。
芯片行业似乎拥有通过使用Low NA 和High NA 工具构建的全栅极 (GAA) 和互补场效应晶体管 (CFET) 的坚实未来发展跑道，但除了超 NA 之外，还没有真正的候选者站出来可能实现未来几代工艺节点技术。与往常一样，成本是关键因素，但 ASML 显然已经在考虑如何让 Hyper-NA 定价方程对其客户更具吸引力。
台积电改变心意？
台积电先前一再表示，阿斯麦（ ASML）的高数值孔径极紫外光机台（High-NA EUV），太过昂贵，2026年前使用没有太大的经济效益，但日前台积电总裁魏哲家密访ASML总部，让外界不禁猜测，台积电是否改变心意。
综合科技媒体wccftech和韩媒BusinessKorea报导，消息人士指出，魏哲家缺席23日登场的台积电2024年技术论坛台湾场，于26日造访了ASML荷兰总部，以及工业雷射公司创浦（TRUMPF）的德国总部。
金融分析师奈斯泰德（Dan Nystedt） 28日在X平台发文写道，台积电似乎加入了追逐下一世代EUV设备之战，即High-NA EUV机台，理由是魏哲家访问ASML与雷射供应商创浦，而非参与在台湾举行的技术论坛。业界推断，魏哲家的到访，显示台积电想买High-NA EUV，此种设备对2纳米以下制程极为关键。ASML去年底已出货首台High-NA EUV给英特尔。
分析指出，台积电管理层似乎决定拜访ASML，确保全球半导体的主导地位。
台积电原本打算2026年下半量产1.6纳米制程后，再导入High-NA EUV。High-NA EUV 设备报价高达3.8亿美元，约新台币123亿元，较EUV高出逾一倍。
台积电的竞争对手英特尔和三星电子，都已有所行动。英特尔想借着High-NA EUV，达到难以超越的领先优势。最先出货的几台High-NA EUV，都送往英特尔的晶圆代工部门。英特尔想先在1.8纳米试用此种设备，之后正式导入于1.4纳米制程。
三星集团会长李在镕则已在4月亲访ASML关键伙伴蔡司的德国总部，拜会ASML执行长傅凯与蔡司执行长兰普雷希特，以强化三方的半导体联盟。
【来源：半导体行业观察】

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