EUV光刻機的末路?ASML都不看好了
近日,全球最大的光刻機設(shè)備供應(yīng)商荷蘭阿斯麥(ASML)的首席技術(shù)官Martin van den Brink表示,目前ASML正在有序地推行著此前制定的路線圖,之后EUV技術(shù)將升級為High-NA EUV技術(shù)。準備在明年,向客戶交付首臺High-NA EUV光刻機。但對于High-NA技術(shù)之后的Hyper-NA,Martin van den Brink對其持懷疑態(tài)度,因為技術(shù)難度的大幅提升,導(dǎo)致其制
2022-09-30 09:07:13
來源:中國電子報、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)??
作者:許子皓

近日,全球最大的光刻機設(shè)備供應(yīng)商荷蘭阿斯麥(ASML)的首席技術(shù)官Martin van den Brink表示,目前ASML正在有序地推行著此前制定的路線圖,之后EUV技術(shù)將升級為High-NA EUV技術(shù)。準備在明年,向客戶交付首臺High-NA EUV光刻機。但對于High-NA技術(shù)之后的Hyper-NA,Martin van den Brink對其持懷疑態(tài)度,因為技術(shù)難度的大幅提升,導(dǎo)致其制造和使用成本都高得驚人,且不一定能真正投入生產(chǎn)。受此約束,Martin van den Brink指出:“High-NA技術(shù)很可能將成為EUV光刻技術(shù)的終點,半導(dǎo)體光刻技術(shù)之路已走到盡頭?!?/p>

新一代High-NA EUV光刻機將于明年交付

長久以來,EUV光刻機都是先進制程得以延續(xù)的必備設(shè)備,ASML作為全球第一大光刻機設(shè)備商,同時也是全球唯一可提供EUV光刻機的設(shè)備商,來自各大半導(dǎo)體廠商的訂單早已堆積成山。因此,去年ASML就已經(jīng)提高了兩次生產(chǎn)目標,希望到2025年,其年出貨量能達到約600臺DUV(深紫外光)光刻機以及90臺EUV(極紫外光)光刻機。所以,在市調(diào)機構(gòu)CINNO Research發(fā)布的2022年上半年全球上市公司半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)務(wù)營收排名Top10報告中,ASML排名第二。

EUV光刻技術(shù)方面,按照ASML此前制定的路線圖,之后EUV技術(shù)將升級為High-NA EUV技術(shù)。據(jù)Martin van den Brink介紹,開發(fā)High-NA EUV技術(shù)的最大挑戰(zhàn)在于,為EUV光學(xué)器件構(gòu)建計量工具,所配備的反射鏡尺寸為前一代的兩倍,需要將其平整度控制在20皮米以內(nèi)。此外,還需要在一個“可以容納半個公司”的真空容器內(nèi)進行驗證,該容器位于蔡司公司,ASML預(yù)計將于明年拿到第一個鏡頭。

相較于配備了0.33數(shù)值孔徑透鏡的EUV系統(tǒng),High-NA EUV光刻系統(tǒng)將提供0.55數(shù)值孔徑,精度將更高,可以實現(xiàn)更高分辨率的圖案化,以及更小的晶體管特征。預(yù)計明年,ASML將向客戶交付首臺High-NA EUV光刻機,交付后,EUV光刻機將不再是最先進的設(shè)備,理論上就能夠?qū)崿F(xiàn)自由出貨。

臺積電負責(zé)研發(fā)和技術(shù)的高級副總裁Y.J. Mii博士此前透露,臺積電將在2024年購買ASML的High-NA EUV光刻機,目標是在2025年量產(chǎn)2納米制程工藝。

英特爾同樣也已下單,誰將拿到第一臺High-NA EUV光刻機還是個懸念。

售價和耗電量將進一步提升,企業(yè)不堪重負

雖然High-NA EUV光刻機的強大性能,可以將先進制程推往下一階段,但其帶來的成本需求將更大。

首先,就是售價,全新一代High NA EUV光刻機的售價預(yù)計將會超過3億美元,是傳統(tǒng)EUV光刻機售價的三倍左右,這意味著臺積電等各大廠商的設(shè)備成本將再次提升。

其次是耗電量,EUV光刻機本就是耗電大戶,而由于High-NA EUV光刻機對于光源的需求大幅提升,耗電量也將從1.5兆瓦提升到2兆瓦。此外還需要使用水冷銅線為其供電。

臺積電目前已經(jīng)安裝了超80臺EUV光刻機,此前就因不堪電費的重負,已經(jīng)關(guān)閉了4臺EUV光刻機。還計劃將在2023年上調(diào)先進工藝的代工價格,減輕財務(wù)負擔(dān)。

這也是Martin van den Brink不看好再下一代EUV光刻技術(shù)——Hyper-NA EUV光刻技術(shù)的根本原因,雖然理論上,Hyper-NA EUV光刻可以提供0.75左右的數(shù)值孔徑,但因其技術(shù)難度將大幅提升,導(dǎo)致其制造和使用成本都高得驚人,且不一定能真正投入生產(chǎn),性價比基本沒有。

所以受此約束,Martin van den Brink更是大膽預(yù)測:“如果成本限制解決不了,High-NA技術(shù)很可能將成為EUV光刻技術(shù)的終點,半導(dǎo)體光刻技術(shù)之路就將走到盡頭?!?/p>

北京半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副秘書長朱晶表示,未來更先進的制程工藝很可能沒有大規(guī)模的增量市場進行支撐了,像是手機,PC和數(shù)據(jù)中心等市場的增量規(guī)模,都已經(jīng)無法支撐Hyper-NA EUV光刻機的巨量研發(fā)投入,另外能源消耗量也無法承擔(dān),除非元宇宙,區(qū)塊鏈這些新場景的滲透率快速提升,對先進工藝的需求增量快速增加,不然,High-NA光刻技術(shù)就將是EUV光刻的結(jié)局了。

EUV光刻統(tǒng)治地位不保,新技術(shù)更具潛力

隨著EUV光刻機所暴露的問題越來越多,更多的企業(yè)和大學(xué)都在想方設(shè)法繞道而行,目前已經(jīng)有多項技術(shù)脫穎而出。

9月21日,美國原子級精密制造工具的納米技術(shù)公司Zyvex Labs發(fā)布公告,已推出世界上最高分辨率的光刻系統(tǒng)“ZyvexLitho1“,其基于STM掃描隧道顯微鏡,使用的是EBL電子束光刻方式,可以制造出0.7納米線寬的芯片,相當于2個硅原子的寬度,是當前制造精度最高的光刻系統(tǒng)。

據(jù)悉,ZyvexLitho1光刻系統(tǒng)的高精度光刻可以用于實驗室階段高端制程工藝的產(chǎn)品研發(fā),是傳統(tǒng)芯片制造所需光刻機的一個應(yīng)用補充,主要可用于制造對于精度有較高要求的量子計算機的相關(guān)芯片,例如高精度的固態(tài)量子器件、納米器件及材料,對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也具有巨大的促進作用。目前,Zyvex Labs已經(jīng)開始接受訂單,6個月內(nèi)就可出貨。

對于這個新型光刻系統(tǒng)是否會威脅到EUV光刻的統(tǒng)治地位,賽迪顧問集成電路產(chǎn)業(yè)研究中心一級咨詢專家池憲念表示:“短期內(nèi)并不會“。池憲念認為ZyvexLitho1是一種使用電子束曝光作為光刻方式的設(shè)備,與傳統(tǒng)光刻機工作原理會有明顯的差異。它是通過電子束改變光刻膠的溶解度,最后選擇性地去除曝光或未曝光區(qū)域。它的優(yōu)勢在于可以繪制10納米以下分辨率的自定義圖案,是屬于無掩模光刻直接寫入的工作方式,精度遠高于目前的傳統(tǒng)光刻機。但是由于這類型設(shè)備的單個產(chǎn)品光刻的工作時間要在幾小時到十幾小時不等,工作效率方面還需進一步提高,因此不會快速取代EUV光刻機。

此外還有多電子束直寫光刻機(MEB)、定向自組裝技術(shù)(DSA)以及納米壓印技術(shù)(NIL)等技術(shù)。其中,MEB被廣泛應(yīng)用于掩膜的制造,分辨率可達到2納米,未來將被用于在晶圓上直接刻畫圖形而不借助掩膜版。DSA則利用兩種聚合物材料的定向生長進行加工,對于材料的控制要求高,生長缺陷大,目前還不能真正用于生產(chǎn),但可兼顧分辨率極高的加工速度需求。

其中NIL技術(shù)也被視為是最佳替代方案。據(jù)了解,NIL技術(shù)(納米壓印微影技術(shù))是在一個特殊的“印章”上,先刻上納米電路圖案,然后再將電路圖案“壓印”在晶圓上,就像蓋章一樣。由于沒有鏡頭,NIL技術(shù)比EUV要省錢很多。根據(jù)佳能等廠商發(fā)布的消息,NIL的耗電量可壓低至EUV生產(chǎn)方式的10%,設(shè)備投資也將降低至40%。

日本的半導(dǎo)體廠商鎧俠從2017年就開始與佳能等半導(dǎo)體企業(yè)合作,研發(fā)NIL的量產(chǎn)技術(shù)。目前已成功掌握15納米量產(chǎn)技術(shù),目前正在進行15納米以下技術(shù)研發(fā),預(yù)計2025年達成,精度可達5納米。

責(zé)任編輯:許子皓

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