從2018年以來,ASML一是在加速EUV技術導入量產;二是擴大EUV生產規模,從2018年的22臺增加到2021年的42臺,2022年逾50臺,2023年生產臺數將進一步增加;三是實驗以0.55 NA取代目前的0.33 NA,具有更高NA的EUV微影系統能將EUV光源投射到較大角度的晶圓,從而提高分辨率,并且實現更小的特征尺寸。
0.33 NA
目前主力出貨的TWINSCAN NXE: 3600D套刻精度為1.1nm,曝光速度30 mJ/cm2,每小時曝光160片晶圓,年產量為140萬片。據悉,NXE:3600D能達到93%的可用性,2023年有望達到進DUV光刻機95%的可用性。
從2017年第二季出貨第一臺量產機型TWINSCAN NXE: 3400B至今,包括NXE: 3400B、NXE: 3400C和NXE: 3600D累計出貨超過150臺。
根據ASML EUV光刻機路線圖顯示,預計2023年出貨的NXE:3800E最初將以30mJ/cm?的速度提供大過每小時195片的產能,并在吞吐量升級后達到每小時220片,同時在像差、重疊和吞吐量方面進行漸進式光學改進;預計2025年出貨的NXE:4000F,套刻精度為0.8nm,吞吐量每小時220片。
腳注1/2/3表明,初始晶圓每小時規格可能從 20mJ/cm2(250W) 開始,隨后到 30mJ/cm2(500W),更有可能是60mJ/cm2(500W)
0.55NA
在提升0.33 NA產能的同時,也在加快0.55 NA的研發進度。EUV光刻機路線圖顯示,2023年將推出0.55 NA的EXE:5000樣機,套刻精度為1.1nm,可用于1納米生產。按照業界當前的情況推測,真正量產機型EXE:5200B出貨可能要等到2024年。英特爾位于亞利桑娜州的D1X P3已經在今年啟用,新的潔凈室在等著2024年安裝EXE:5200B,2025年投產Intel 20工藝。
2022年SPIE先進光刻大會傳出消息,ASML在其位于Veldhoven的新潔凈室中已經開始集成第一個0.55 NA EUV設備,原型機有望在2023年上半年完成;同時正在與IMEC建立一個原型機測試工廠,將在其中建造0.55 NA系統,連接到涂層和開發軌道,配備計量設備,并建立與0.55 NA工具開發相伴的基礎設施,包括變形成像、新掩膜技術、計量、抗蝕劑篩選和薄膜圖案化材料開發等,并準備最早在2025年使用生產模型,在2026年實現大批量生產。
當然,光刻機作為一個由來自全球近800家供貨商的數十萬個零件組成的“龐然巨物”,僅靠ASML一家努力是遠遠不夠的,其他和光刻機有關的廠商也已全力以赴,一切都在按計劃進行。
鏡頭的研發進度肯定影響新機型的出貨時間。蔡司為0.55 NA推出形變鏡頭,新的鏡頭系統在x方向上放大4倍,在y方向上放大8倍,使得曝光光場減半,由原來858mm2(26mm ×33mm)縮小為429 mm2(26mm ×16.5mm)。為了不影響單位生產率,必須通過實現2倍曝光掃描速度來解決因為0.55 NA光刻機系統所帶來的2倍的曝光次數。
光源方面,ASML圣地亞哥實驗室已經實現了超過500W的光源功率,從經驗來看,研究開發達到生產需要約2年的時間,2024年實現生產應該沒有問題。500W可以允許0.55 NA半場成像光刻機上在60mJ/cm2曝光能量條件下,吞吐量達到每小時150片的生產效率。
EUV光刻膠方面,化學放大光刻膠 (chemically-amplified resists,CAR) 和金屬氧化物光刻膠(metal-oxide resists)還處于推進階段,優化參數仍在評估中,包括劑量敏感性、粘度、涂層均勻性與厚度、可實現的分辨率以及對曝光時材料內光子/離子/電子相互作用。
當然還有一個成本問題。目前出貨的0.33 NA光刻機售價約在10億元到15億元之間,那么未來0.55 NA光刻機售價多少合適,估計將翻倍,約在20億元到30億元之間。但是,0.55 NA EUV能夠減少晶圓廠的生產周期,因為單次0.55 NA EUV所需的總處理時間將少于多次通過0.33 NA EUV的總處理時間,生產周期縮短意味著提高了產能;另一方面,也提高了芯片設計的靈活性,可以縮短芯片設計周期。
不過目前看來,客戶下單還是挺積極,臺積電、英特爾、三星電子和SK海力士都訂購了0.55 NA光刻機。
未來High-NA (0.7 NA)
2022年SPIE先進光刻大會上,英特爾的Mark Phillips預測,未來High-NA也許是0.7 NA。就是不知道代價有多大。
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