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ASML的EUV光刻机新进展

2022-12-20
作者:芯思想 赵元闯
来源:半导体行业观察
关键词: ASML EUV光刻机

  从2018年以来,ASML一是在加速EUV技术导入量产;二是扩大EUV生产规模,从2018年的22台增加到2021年的42台,2022年逾50台,2023年生产台数将进一步增加;三是实验以0.55 NA取代目前的0.33 NA,具有更高NA的EUV微影系统能将EUV光源投射到较大角度的晶圆,从而提高分辨率,并且实现更小的特征尺寸。

  0.33 NA

  目前主力出货的TWINSCAN NXE: 3600D套刻精度为1.1nm,曝光速度30 mJ/cm2,每小时曝光160片晶圆,年产量为140万片。据悉,NXE:3600D能达到93%的可用性,2023年有望达到进DUV光刻机95%的可用性。

  从2017年第二季出货第一台量产机型TWINSCAN NXE: 3400B至今,包括NXE: 3400B、NXE: 3400C和NXE: 3600D累计出货超过150台。

  根据ASML EUV光刻机路线图显示,预计2023年出货的NXE:3800E最初将以30mJ/cm?的速度提供大过每小时195片的产能,并在吞吐量升级后达到每小时220片,同时在像差、重叠和吞吐量方面进行渐进式光学改进;预计2025年出货的NXE:4000F,套刻精度为0.8nm,吞吐量每小时220片。

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脚注1/2/3表明,初始晶圆每小时规格可能从 20mJ/cm2(250W) 开始,随后到 30mJ/cm2(500W),更有可能是60mJ/cm2(500W)

  0.55NA

  在提升0.33 NA产能的同时,也在加快0.55 NA的研发进度。EUV光刻机路线图显示,2023年将推出0.55 NA的EXE:5000样机,套刻精度为1.1nm,可用于1纳米生产。按照业界当前的情况推测,真正量产机型EXE:5200B出货可能要等到2024年。英特尔位于亚利桑娜州的D1X P3已经在今年启用,新的洁净室在等着2024年安装EXE:5200B,2025年投产Intel 20工艺。

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  2022年SPIE先进光刻大会传出消息,ASML在其位于Veldhoven的新洁净室中已经开始集成第一个0.55 NA EUV设备,原型机有望在2023年上半年完成;同时正在与IMEC建立一个原型机测试工厂,将在其中建造0.55 NA系统,连接到涂层和开发轨道,配备计量设备,并建立与0.55 NA工具开发相伴的基础设施,包括变形成像、新掩膜技术、计量、抗蚀剂筛选和薄膜图案化材料开发等,并准备最早在2025年使用生产模型,在2026年实现大批量生产。

  当然,光刻机作为一个由来自全球近800家供货商的数十万个零件组成的“庞然巨物”,仅靠ASML一家努力是远远不够的,其他和光刻机有关的厂商也已全力以赴,一切都在按计划进行。

  镜头的研发进度肯定影响新机型的出货时间。蔡司为0.55 NA推出形变镜头,新的镜头系统在x方向上放大4倍,在y方向上放大8倍,使得曝光光场减半,由原来858mm2(26mm ×33mm)缩小为429 mm2(26mm ×16.5mm)。为了不影响单位生产率,必须通过实现2倍曝光扫描速度来解决因为0.55 NA光刻机系统所带来的2倍的曝光次数。

  光源方面,ASML圣地亚哥实验室已经实现了超过500W的光源功率,从经验来看,研究开发达到生产需要约2年的时间,2024年实现生产应该没有问题。500W可以允许0.55 NA半场成像光刻机上在60mJ/cm2曝光能量条件下,吞吐量达到每小时150片的生产效率。

  EUV光刻胶方面,化学放大光刻胶 (chemically-amplified resists,CAR) 和金属氧化物光刻胶(metal-oxide resists)还处于推进阶段,优化参数仍在评估中,包括剂量敏感性、粘度、涂层均匀性与厚度、可实现的分辨率以及对曝光时材料内光子/离子/电子相互作用。

  当然还有一个成本问题。目前出货的0.33 NA光刻机售价约在10亿元到15亿元之间,那么未来0.55 NA光刻机售价多少合适,估计将翻倍,约在20亿元到30亿元之间。但是,0.55 NA EUV能够减少晶圆厂的生产周期,因为单次0.55 NA EUV所需的总处理时间将少于多次通过0.33 NA EUV的总处理时间,生产周期缩短意味着提高了产能;另一方面,也提高了芯片设计的灵活性,可以缩短芯片设计周期。

  不过目前看来,客户下单还是挺积极,台积电、英特尔、三星电子和SK海力士都订购了0.55 NA光刻机。

  未来High-NA (0.7 NA)

  2022年SPIE先进光刻大会上,英特尔的Mark Phillips预测,未来High-NA也许是0.7 NA。就是不知道代价有多大。

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