半導體行業花了十多年的時間來準備使用極紫外(EUV)光刻技術生產芯片所需的一切。看起來要達到下一個水平——具有高數值孔徑的EUV所需的時間要少得多。

需要更高的分辨率

目前，最先進的芯片是5/4納米級工藝，使用EUV光刻ASML的Twinscan NXE:3400C(及類似)系統，具有0.33數值孔徑(NA)光學，提供13納米分辨率。這種分辨率對于7 nm/6 nm節點(36 nm ~ 38 nm)和5nm (30 nm ~ 32 nm)的單模式方法足夠好。但隨著間距低于30納米(超過5納米節點)，13納米分辨率可能需要雙光刻曝光，這將在未來幾年被使用。

對于3nm后的節點，ASML及其合作伙伴正在研究一種全新的EUV工具——Twinscan EXE:5000系列，具有0.55 NA(High-NA)透鏡，能夠達到8nm分辨率，可以避免3nm及以上的多圖案。新的High-NA掃描儀仍在開發中，預計它們將非常復雜，非常大，而且昂貴——每臺掃描儀的成本將超過4億美元。High-NA不僅需要新的光學設備，還需要新的光源，甚至需要新的晶片來容納更大的機器，這將需要大量的投資。

但為了保持半導體的性能、功率、面積和成本(PPAc)，領先的邏輯芯片和存儲設備制造商愿意采用新技術，High-NA EUV掃描儀對于后3納米節點至關重要。因此，對High-NA工具的需求非常高。

10 ~ 20套High-NA系統交付

幾周前，ASML披露其在2022年第一季度收到了多份來自logic和DRAM客戶的High-NA Twinscan EXE:5200系統(EUV 0.55 NA)訂單。據路透社報道，最近該公司澄清說，他們已經獲得了5個High-NA掃描儀的試點訂單，將于2024年交付，并“超過5個”訂單，用于從2025年開始交付具有更高生產率的后續型號。

有趣的是，早在2020 ~ 2021年，ASML就表示已經收到了三家客戶的High-NA承諾，共提供多達12套系統。邏輯制造商通常是第一個采用前沿工具的，可以肯定的是，英特爾、三星代工和臺積電承諾在2020 ~ 2021年獲得預生產的High-NA掃描儀。此外，ASML已經開始建造首個High-NA系統，該系統將于2023年完成，并將被Imec和ASML客戶用于研發用途。

“在高NA EUV方面，我們正在取得良好進展，目前已經開始在我們位于Veldhoven的新潔凈室中集成第一個High-NA系統，”ASML首席執行官Peter Wennink說。“我們在第一季度收到了多個EXE:5200系統訂單。本月，也就是4月，我們還收到了額外的EXE:5200訂單。通過這些預訂，我們現在收到了來自三個Logic和兩個Memory客戶的High-NA訂單。EXE:5200是ASML的下一代High-NA系統，將為光刻性能和生產力提供下一步的發展。”

ASML的Twinscan EXE:5200比普通的Twinscan NXE:3400C機器要復雜得多，因此構建這些工具需要更長的時間。該公司希望在未來中期能夠交付多達20套High-NA系統，這可能意味著其客戶將不得不競爭這些機器。

“我們也在與我們的供應鏈伙伴討論，以確保中期大約20個EUV 0.55NA系統的能力，”Wennink說。

英特爾率先采用預生產工具

到目前為止，唯一確認使用ASML High-NA工具的工藝技術是英特爾的18A節點，該節點曾計劃在2025年進入大批量生產，大約在那時ASML開始交付其生產的High-NA EUV系統。但最近英特爾將18A的生產推遲到2024年下半年，并表示可以使用ASML的Twinscan NXE:3600D或NXE:3800E來生產18A，可能是通過多模式。

雖然英特爾的18A技術將大大受益于High-NA EUV工具，但看起來英特爾并不一定需要Twinscan EXE:5200機器用于該節點。在商業芯片上使用多模式意味著更長的產品周期、更低的生產率、更高的風險和潛在的更低的收益率(盡管后者不是一成不變的)。然而，英特爾似乎希望它的18A節點盡快到來，也許是因為它認為這是一個重要的工具，可以讓它從臺積電手中奪回工藝技術的領先地位。因此，如果工具按時完成，英特爾的更新計劃現在是在18A的生命周期中逐步采用High-NA工具。

當然，對于18A的0.33 NA EUV掃描儀的使用是否會為英特爾和英特爾代工服務的客戶提供足夠的生產力還有待觀察。但是，至少在2024年，英特爾將別無選擇，只能使用它現有的機器。

臺積電、三星、SK海力士、美光等半導體企業也將不可避免地采用High-NA EUV技術進行大規模生產。唯一的問題是這到底什么時候會發生。

審核編輯 ：李倩