EUV光刻機,創下新紀錄

ASML 在imec 的ITF World 2024 大會上宣布,其首台高數值孔徑機器現已創下新的晶片製造密度記錄,超越了兩個月前創下的記錄。 ASML 前總裁兼首席技術長Martin van den Brink 目前在該公司擔任顧問,他還提議該公司可以開發超數值孔徑(hyper NA)晶片製造工具,以進一步擴大其高數值孔徑機器的規模,並分享了潛在的路線圖。

他概述了一項計劃,透過大幅提高未來ASML 工具的速度到每小時400 到500 個晶圓(wph),這是目前200 wph 峰值的兩倍多,從而降低EUV 晶片製造成本。他也為ASML 未來的EUV 工具系列提出了一種模組化統一設計。

Van der Brink 表示,經過進一步調整,ASML 現已使用其開創性的高數值孔徑EUV 機器列印出8nm 密集線條,這是專為生產環境設計的機器的密度記錄。這打破了該公司在4 月初創下的記錄,當時該公司宣布已使用位於荷蘭費爾德霍芬ASML 總部與imec 聯合實驗室的開創性高NA 機器打印出10nm 密集線條。


從長遠來看,ASML 的標準低NA EUV 機器可以列印13.5nm 的臨界尺寸(CD——可以列印的最小特徵),而新的High NA EXE:5200 EUV 工具旨在透過列印8nm 特徵來製造更小的電晶體。因此,ASML 現在已經證明其機器可以滿足其基本規格。

「今天,我們已經取得了進展,能夠顯示創紀錄的8nm 成像,在整個視野範圍內得到校正,但也有一定程度的重疊,」Van der Brink 說道,「順便說一句,這不是完美的數據,但它只是為了向你展示進展。


這一里程碑代表了10 多年的研發和數十億歐元投資的成果,但仍有更多工作要做,以優化系統並為主要晶片製造商的大規模生產做好準備。這項工作已經在荷蘭開始,而英特爾是已知唯一一家已經完全組裝High NA 系統的晶片製造商,它正緊跟著ASML 的腳步,在俄勒岡州的D1X 工廠投入運作自己的機器。英特爾將首先將其EXE:5200 High NA 機器用於研發目的,然後將其投入生產14A 節點。


Van der Brink 也再次提出了新的超數值孔徑EUV 機器,但尚未對機器做出最終決定——ASML 似乎正在衡量行業興趣,但只有時間才能證明它是否會實現。

現今的標準EUV 機器使用波長為13.5nm 且數值孔徑(NA—收集和聚焦光的能力的量度) 為0.33 的光。相較之下,新的高數值孔徑機器使用相同的光波長,但採用0.55 NA 來列印較小的特徵。 Van der Brink 提出的超數值孔徑系統將再次使用相同波長的光,但將NA 擴大到0.75,以能夠列印更小的特徵。我們不確定提議的臨界尺寸,但上面的ASML 電晶體時間軸顯示它正在16nm 金屬間距(A3 節點)處攔截並延伸到10nm(A2 以下節點)。


根據上述路線圖,Hyper-NA 可能適用於單次曝光2DFET 電晶體,但目前尚不清楚使用High-NA 和多重曝光是否也能產生如此精細的間距。

如您在上面的第一張幻燈片中看到的,這台機器要到2033 年左右才會問世。今天的High-NA 機器已經花費了大約4 億美元。由於需要更大、更先進的鏡子和改進的照明系統,Hyper-NA 將是更昂貴的選擇。

與其前代產品一樣,Hyper-NA 的目標是透過單次曝光列印更小的特徵,以避免多重曝光技術(同一區域的多次曝光),這些技術往往會增加晶片製造過程的時間和步驟,同時也會增加缺陷的可能性,所有這些都會增加成本。 Van Der Brink 表示,繼續開發光刻機和先進掩模將是提高印刷特徵解析度的關鍵。 Hyper-NA 還將使用改進的照明系統以獲得最佳效果。 ASML 沒有詳細說明,但可以合理地認為,改進後的照明器將與更高功率的光源配對,以幫助增加劑量,以抵消0.75 NA 使用的更高鏡面角度並提高產量。

Van der Brink 也提議將公司未來機器的產量從目前的約200 wph 提高到未來的400 到500 wph。這是ASML 可以控製成本的另一個槓桿,從而對抗每一代新晶片中每個電晶體價格上漲的趨勢。


為了加快開發速度並降低成本,ASML 已經使用其現有的Low NA Twinscan NXE:3600 EUV 機器作為其新High NA 機器的建置模組。 ASML 的Low NA 型號採用模組化設計,使該公司能夠利用成熟的技術和模組為其新工具服務,並且該公司只在需要時添加新模組。

但是,還有更多優化空間。 Van der Brink 認為,在未來十年內,該公司在創建新工具時將加倍採用模組化設計理念。建議的長期路線圖顯示,Low NA、High NA 和Hyper NA 都具有越來越通用的模組化平台和共享組件。這種設計是ASML 可以控製成本的另一個槓桿。

晶片產業似乎擁有透過使用Low NA 和High NA 工具建構的全閘極(GAA) 和互補場效電晶體(CFET) 的堅實未來發展跑道,但除了超NA 之外,還沒有真正的候選者站出來可能實現未來幾代製程節點技術。像往常一樣,成本是關鍵因素,但ASML 顯然已經在考慮如何讓Hyper-NA 定價方程式對其客戶更具吸引力。


台積電改變心意?

台積電先前一再表示,阿斯麥( ASML)的高數值孔徑極紫外光機台(High-NA EUV),太過昂貴,2026年前使用沒有太大的經濟效益,但日前台積電總裁魏哲家密訪ASML總部,讓外界不禁猜測,台積電是否改變心意。

綜合科技媒體wccftech和韓媒BusinessKorea報導,消息人士指出,魏哲家缺席23日登場的台積電2024年技術論壇台灣場,於26日造訪了ASML荷蘭總部,以及工業激光公司創浦(TRUMPF)的德國總部。

金融分析師奈斯泰德(Dan Nystedt) 28日在X平台發文寫道,台積電似乎加入了追逐下一世代EUV設備之戰,即High-NA EUV機台,理由是魏哲家訪問ASML與激光供應商創浦,而非參與在台灣舉行的科技論壇。業界推斷,魏哲家的到訪,顯示台積電想買High-NA EUV,此種設備對2奈米以下製程極為關鍵。 ASML去年底已出貨首台High-NA EUV給英特爾。

分析指出,台積電管理階層似乎決定拜訪ASML,確保全球半導體的主導地位。

台積電原本打算2026年下半量產1.6奈米製程後,再導入High-NA EUV。 High-NA EUV 設備報價高達3.8億美元,約新台幣123億元,較EUV高出逾一倍。

台積電的競爭對手英特爾和三星電子,都已採取行動。英特爾想藉著High-NA EUV,達到難以超越的領先優勢。最早出貨的幾台High-NA EUV,都送往英特爾的晶圓代工部門。英特爾想先在1.8奈米試用此種設備,之後正式導入1.4奈米製程。

三星集團會長李在鎔則已在4月親訪ASML關鍵夥伴蔡司的德國總部,拜會ASML執行長傅凱與蔡司執行長蘭普雷希特,以強化三方的半導體聯盟。(半導體材料與製程設備)


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