EUV不是必須!DUV光刻還沒到極限:逼近台積電2nm不是夢

EUV光刻機被認為是5nm以下工藝不可或缺的關鍵裝置,然而EUV成本高,再加上受限的情況下,半導體工藝只靠當前的DUV光刻能做到什麼地步?

這個問題是Intel、台積電、三星等公司不會面對的,因為他們已經切換到EUV路線了,但一家名為SMIC的公司還在不斷最佳化DUV光刻極限,業內的光刻技術大佬Frederick Chen日前又注意到了SMIC申請的2個專利,展示了該公司在這方面的探索。

SMIC公司在中美兩地都申請了這個專利,最早在2024年10月份就率先在中國境內申請了,目標是提高電晶體密度的同時也提高設計的靈活性。

文章的技術內容太過高深,感興趣的可以看原文,簡單來說就是SMIC公司在SAQP自對準四重圖案與傳統的LELE(光刻+蝕刻)兩個技術中如何尋求平衡的技術。

SAQP技術可以在不依賴EUV光刻機的情況下,借助DUV光刻就實現極高精度,但是成本太高,Intel以前就在SAQP技術上吃過大虧,晶片生產良率低,成本高,量產可行性大打折扣。

SMIC的專利技術就是通過EDA設計+多重曝光協同最佳化,把之前需要SAQP處理的層改成用LELE處理,使得光罩需求量大幅下降,對準壓力減少,提升了晶片良率。

這些技術可以將晶片的最小間距縮小到24nm,這是什麼水平呢?大佬文章中提到其單元高度符合台積電3nm到2nm水平之間。

現在曝光的這些技術專利是SMIC未來工藝的一部分而已,還會有更多的技術不斷出現,他們的目標是未來幾代工藝都不需要依賴EUV光刻,大佬之前的文章中提到未來會有N+4到N+6工藝,間距也會持續縮排,電晶體密度也會一路提升,N+6預計能做到305Mtr/mm2,大約是1.Xnm等級的工藝了。

總之,在DUV這條路上SMIC公司還會持續迭代打磨,未來幾年靠這些技術可以做到國際頂尖水平,就算時間上還落後一兩年甚至兩三年都沒關係,因為海外大廠自己就會擔心——他們只是用了DUV就追上來了,EUV問世之後那還得了?

隨著先進工藝的需求快速增長,5nm及以下工藝越來越離不開EUV光刻機了,其銷量也會在未來幾年迎來爆發,年銷量將提升到百台等級。

EUV光刻機全球只有荷蘭ASML公司能供應,台積電、三星、Intel等公司的產能是否旺盛,EUV銷量就是最好的指標,UBS瑞銀髮佈的研報顯示未來五年其銷量會大幅上漲。

EUV工藝在2018年隨著台積電7nm問世開始量產,前幾年的銷量都不算高,2018年之後三大廠再加上記憶體晶片廠商的需求也就19台,2020年才超過30台,2022年最高超過50台,這兩年又回到了40台上下。

但是今年開始銷量會有一波爆發了,台積電今年購買26台,三星有2台,Intel也有4台,再加上記憶體晶片爆發的29台,全年銷量預計達到63台。

2027年的產能更是有一波大提升,台積電的用量達到了38台,記憶體晶片的需求也上了一個台階,全年銷量將達到95台。

這個趨勢會一直持續到2030年左右,每年銷量維持在100台左右,台積電毫無疑問還是最大的買家,儲存晶片的用量快要追上邏輯工藝需求了。

表格上面的EUV還是當前NA 0.33技術的,ASML這兩年就開始推High NA EUV光刻機,NA提升到了0.55,主要面向2nm及以下工藝,但是機器售價也從目前2億美元提升到4億美元,成本翻倍,所以銷量跟常規的EUV光刻機暫時是沒法比的。

這種超級EUV的首發客戶是Intel,23年就購買了一台用於研究,不過截止到去年銷量都不高,幾家大廠也就是買一台研究用,就算到了今年明年,銷量也就6-7台而已。

High NA EUV光刻機的爆發要到2029年,台積電、三星及Intel預計會分別購買5、3、2台,再加上SK海力士的3台,銷量能衝到13台。

到2030年銷量還會再多幾台,總量達到18台,增量也主要來自台積電及SK海力士,Intel及三星的購買量不變,這方面還是比較謹慎。

值得注意的是,台積電的購買量是UBS估計的,但他們此前的表態顯示對High EUV光刻機非常保守,只是買了研究用,直到2029年的A12工藝時也沒計畫使用這種光刻機,可能要到A10以下工藝才有可能使用High NA EUV光刻機,因此未來這種光刻機的銷量變數很多,UBS的資料參考下就行。

(硬體世界)