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

2022/5/29 13:56:04 来源:IT之家 作者:问舟 责编:问舟
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IT之家 5 月 29 日消息,半导体行业花了十多年的时间来准备极紫外线 (EUV) 光刻技术,而新的高数值孔径 EUV 光刻(High-NA EUV)技术将会比这更快。

目前,最先进的芯片是 4/5 纳米级工艺,下半年三星和台积电还能量产 3nm 技术,而对于使用 ASML EUV 光刻技术的 Twinscan NXE:3400C 及类似系统来说,它们大都具有 0.33 NA(数值孔径)的光学器件,可提供 13 nm 分辨率。

目前来看,这种分辨率尺寸对于 7 nm / 6 nm 节点 (36 nm ~ 38 nm) 和 5nm (30 nm ~ 32 nm) 的单模已经足够用了,但随着间距低于 30 nm(超过 5 nm 级的节点)到来,13 nm 分辨率可能需要双重曝光技术,这是未来几年内的主流方法。

对于后 3nm 时代,ASML 及其合作伙伴正在开发一种全新的 EUV 光刻机 ——Twinscan EXE:5000 系列,该系列机器将具有 0.55 NA(高 NA)的透镜,分辨率达 8nm,从而在 3 nm 及以上节点中尽可能的避免双重或是多重曝光。

IT之家了解到,目前三星和台积电的技术均可采用单次曝光的 EUV 技术(NXE 3400C),但是当节点工艺推进到 5nm 处时,则需要引入双重曝光技术。对于各大晶圆代工厂来说,其主要的目标就是尽可能的避免双重或是多重曝光。

当然,我们现阶段 193nm 浸入式的 DUV 通过多重曝光也能够实现 7nm 工艺,这同样也是台积电早期 7nm 所用的技术,但是这种技术更显复杂,对良率、设备、成本等都提出了很大的挑战,这同样也是现行的 EUV 技术对比 DUV 的最大优点。

自 2011 年开始,在芯片的制备中开始采用 22nm 和 16nm / 14nm 的 FinFET 晶体管结构。该结构优点是速度快、能耗低,但缺点也很明显:制造困难成本过高。也正是因为此,对节点工艺的提升从以前的 18 个月延长到了 2.5 年或更长的时间。对于更微小的晶体管结构,光刻中光罩(掩膜)上的纳米线程结构也变得密集化,这逐渐超越了同等光源条件下的分辨率,从而导致晶圆上光刻得到的结构模糊。因此,芯片制造商开始转向多重曝光技术,将原始的掩膜上的微结构间距放宽,采用两个或多个掩膜分布进行曝光,最终将整套晶体管刻蚀到晶圆上。

虽然 ASML 计划在明年制造出下一代 High-NA 光刻机的原型机,但这毕竟是集全球尖端产业之大成的产物,它们非常复杂、非常庞大且昂贵 —— 每台的成本将超过 4 亿美元,光运送就需要三架波音 747 来装载。

此外,High-NA 不仅需要新的光学器件,还需要新的光源材料,例如德国蔡司 (Carl Zeiss) 在真空中制造的一个由抛光、超光滑曲面镜组成的光学系统,甚至还需要新的更大的厂房来容纳这种机器,这都将需要大量投资。

但为了保持半导体的性能、功率、面积和成本(PPAc)等方面的优势,已经领先的制造商们依然愿意掏钱去用新技术,而这种技术对于后 3nm 等至关节点具有重要意义。因此,无论是已经下定的英特尔,还是三星、台积电,对它的需求都是非常之高。

几周前,ASML 披露其在 2022 年第一季度的财报,称其已经收到了多个客户的 High-NA Twinscan EXE:5200 系统 (EUV 0.55 NA) 订单。

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

有趣的是,早在 2020 ~ 2021 年,ASML 就表示已经收到了三家客户的 High-NA 意向订单,共提供多达 12 套系统。目前可以肯定的是,英特尔、三星和台积电必然会拿下 2020 ~ 2021 年预生产的 High-NA 机器。

此外,ASML 已经开始生产其首个 High-NA 光刻系统,预计将于 2023 年完成(原型机),并将被 Imec 和 ASML 客户用于研发用途。

ASML 首席执行官 Peter Wennink 表示:“在 High-NA EUV 方面,我们取得了良好的进展,目前已经开始在我们位于维尔德霍芬的新无尘空间中打造第一个 High-NA 光刻”,“在第一季度,我们收到了多份 EXE:5200 系统的订单。我们这个月也还收到额外的 EXE:5200 订单。我们目前已有来自三个逻辑芯片和两个存储芯片客户的 High-NA 订单。EXE:5200 是 ASML 的下一代高 NA 系统,将为光刻技术的性能和生产力提供下一步的发展。”

ASML 的 Twinscan EXE:5200 比普通的 Twinscan NXE:3400C 机器要复杂得多,因此打造这些机器也需要更长的时间。该公司希望在未来中期能够交付 20 套 High-NA 系统,这可能意味着其客户将不得不进行竞争。

“我们也在与我们的供应链伙伴讨论,以确保中期大约 20 个 EUV 0.55NA 系统的交付能力,”Wennink 说。

到目前为止,唯一确认使用 ASML High-NA 光刻机的是英特尔 18A 节点,英特尔计划在 2025 年进入大批量生产,而 ASML 也是大约在那时开始交付其 High-NA EUV 系统。但最近英特尔已经将其 18A 的生产规划推迟到 2024 年下半年,并表示可以使用 ASML 的 Twinscan NXE:3600D 或 NXE:3800E 来生产,可能是通过多重曝光模式。

从这一点来看,英特尔的 18A 技术毫无疑问会大大受益于 High-NA EUV 工具,但也并非完全离不开 Twinscan EXE:5200 机器。在商言商,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、更低的收益率,和更难的竞争。所以,英特尔肯定也希望它的 18A 节点尽快到来,从而重铸往日荣光,好从台积电手中夺回曾经的地位。

每台价值 4 亿美元:ASML 正研发的下一代 High-NA 光刻机有望于 2023 年上半年亮相

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关键词:三星台积电英特尔ASML

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