ASML首台High-NA EUV光刻机明年交付！

9月27日消息,ASML首席技术官Martin van den Brink在接受采访时表示,目前公司正有序推行其路线图,在EUV之后是High-NA EUV技术。

值得注意的是,Martin van den Brink提到,ASML计划在明年某个时间点向客户交付首台High-NA EUV光刻机。

High-NA EUV光刻机强在哪?

据笔者了解,一般整部EUV光刻机是由“照明光学模组”、“投影光学模组”、“光罩传输模组”、“光罩平台模组”、“晶圆传送模组”、“晶圆平台模组”及“光源模组”七大模组组成。

其中,EUV光源被称为激光等离子体光源,是通过30千瓦功率的二氧化碳激光器每秒2次轰击雾化的锡(Sn)金属液滴(锡金属液滴以每秒50000滴的速度从喷嘴内喷出),将它们蒸发成等离子体,通过高价锡离子能级间的跃迁获得13.5nm波长的EUV光线。

自2017年ASML的第一台量产的EUV光刻机正式推出以来,三星的7nm/5nm工艺,台积电的第二代7nm工艺和5nm工艺的量产都是依赖于0.55 数值孔径的EUV光刻机来进行生产。而High-NA EUV光刻机的出现,则是为了帮助各大龙头进一步冲击实现3/2nm工艺,以满足高性能计算等先进芯片需求。

当前,High-NA EUV光刻机系统将提供0.55数值孔径,与此前配备0.33数值孔径透镜的EUV系统相比,精度会有所提高,可以实现更高分辨率的图案化,以实现更小的晶体管特征,并且图形曝光的成本更低、生产效率更高,每小时能生产超过200片晶圆。

造价更高,难度更大

虽然High NA EUV光刻系统比前一代拥有更高的性能,但造价相比前代也更高了,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 EUV光刻系统的开发,最大挑战在于为EUV光学器件构建计量工具。据悉,High-NA反射镜的尺寸是其前身的两倍,需要在20皮米内平整。这需要在一个“可以容纳半个公司”的真空容器中进行验证,而该容器位于蔡司。

ASML方面也表示,EUV是一个“怪物”,永远不要低估一台比公交巴士还大的系统的复杂性。根据ASML公布资料,一部EUV光刻机的长度超过10公尺、高度达2层楼的EUV,每台有超过10万个零件,加上3000条线缆、4万个螺栓及2公里长的软管等零组件,最大重量达180吨。其中的7大模块,每个模块则是由ASML全球六个生产基地之一制造(涵盖了全球60个工厂),然后运送到荷兰Veldhoven进行测试总装,然后再将其拆开装运,需要20辆卡车或3架满载的波音747飞机。

需要指出的是,ASML的EUV光刻机的10万多个零件,涉及到来自超过40多个国家的5000多家供应商。机器内部结构和零部件极为复杂,对误差和稳定性的要求极高,并且这些零件几乎都是定制的,90%零件都采用的是世界上最先进技术,85%的零部件是和供应链共同研发,甚至一些接口都要工程师用高精度机械进行打磨,尺寸调整次数更可能高达百万次以上。

相比之下,High-NA EUV光刻机会比现有的EUV光刻机更为耗电,从1.5兆瓦增加到2兆瓦。主要原因是因为光源,High-NA使用了相同的光源需要额外0.5兆瓦,ASML还使用水冷铜线为其供电。

谁会率先用上High-NA EUV?

就在前段时间,ASML披露其2022年第一季度财报时表示,已经收到了多个客户的High-NA Twinscan EXE:5200系统 (EUV 0.55 NA) 订单。

在上周,ASML进一步详细了这一消息,表示他们已经获得了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。

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。但究竟谁会是率先采用该光刻机设备的厂商,目前难以考证。

英特尔曾表示,计划从2025年使用High-NA EUV进行生产,并且确认在18A节点上使用High-NA光刻机,但最近英特尔已经将其18A的生产规划调整到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,虽然没有明确指出,只有Twinscan EXE:5200机器能满足英特尔的18A技术开发需求,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。

另一方面,台积电也传出将在2024年引入High-NA EUV光刻机,并用于2nm芯片的制造上。据悉,台积电在2024年拿到High-NA EUV光刻机后,初期仅用于研发和协作,期间会按照自己的要求进行调整,适当时候再用于大规模生产。与3nm制程节点不同,2nm制程节点将使用Gate-all-around FETs(GAAFET)晶体管,台积电称相比3nm工艺会有10%到15%的性能提升,还可以将功耗降低25%到30%。预计N2工艺于2024年末将做好风险生产的准备,并在2025年末进入大批量生产,客户在2026年就能收到首批芯片。

小结

ASML在EUV领域的始终掌握着话语权，在2021年ASMl曾提出，希望到2025年出货约600台DUV和90台EUV ,但在2021年出货量表现来看，分别不到200台/35台。疫情影响加上缺芯行情，导致光刻机设备也迟迟难以按时交付。

尽管EUV的出货量不及预期，但无疑已经成为了全球芯片产业最为重要的一部分。现在看来，新一代的High-NAEUV设备进展也比较顺利。如果没有意外的话，在2023年就能看到世界上第一台High-NA EUV交付了。