2nm就靠它了！ASML加速研發(fā)新一代光刻機(jī)：更貴、更強(qiáng)

用于生產(chǎn) 2nm 芯片的 ASML 新款光刻機(jī)預(yù)計(jì)在 2025 年首次投入使用，對芯片廠商而言，“2nm 工藝戰(zhàn)”已經(jīng)打響。

對于芯片廠商而言，要想發(fā)展先進(jìn)制程，光刻機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備。而從工藝技術(shù)和制造成本綜合因素考量，EUV 光刻機(jī)（極紫外光刻）被普遍認(rèn)為是 7nm 及以下工藝節(jié)點(diǎn)的最佳選擇。目前，在全球范圍內(nèi)僅有荷蘭的 ASML 公司能供應(yīng) EUV 光刻機(jī)。

據(jù)介紹，ASML 的 EUV 光刻技術(shù)使用 13.5 nm 的波長（幾乎是 X 射線范圍），在微芯片上形成精細(xì)的線條。用于大批量制造，以創(chuàng)建先進(jìn)的微芯片（7 nm、5 nm 和 3 nm 節(jié)點(diǎn)）高度復(fù)雜的基礎(chǔ)層，并支持新穎的晶體管設(shè)計(jì)和芯片架構(gòu)。

日前，在 2022 SPIE 高級光刻會議上，ASML 介紹了 EUV 的最新進(jìn)展。

根據(jù) ASML 最新消息，新款 EUV 光刻機(jī)正在研發(fā)中，NA 將從 0.33 增加到 0.55（NA 是光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，表示光線的入射角度），2nm 工藝的芯片都將依賴其實(shí)現(xiàn)。

光刻系統(tǒng)所能達(dá)到的分辨率是光刻收縮的主要驅(qū)動(dòng)因素之一，它主要由所用光的波長和光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑?jīng)Q定。更短的波長可以打印出更小的特征；更大的數(shù)值孔徑可以更緊密地聚焦光線，也能夠帶來更好的分辨率。

ASML 光刻系統(tǒng)的發(fā)展一直是通過減少波長和增加數(shù)值孔徑來進(jìn)行演進(jìn)。

目前，ASML 的主力產(chǎn)品是 0.33NA EUV 光刻機(jī)，并正在大批量生產(chǎn)中。對于 0.33 NA 系統(tǒng)，ASML 正致力于通過增加吞吐量和降低總能量來減少每次曝光所需的能量。

在發(fā)力 0.33 NA EUV 光刻機(jī)的同時(shí)，ASML 也在沖刺研發(fā) 0.55 NA EUV 光刻機(jī)。

ASML 高 NA 系統(tǒng)路線圖

ASML 發(fā)言人向媒體介紹，更高的光刻分辨率將允許芯片縮小 1.7 倍、同時(shí)密度增加 2.9 倍。未來比 3nm 更先進(jìn)的工藝，將極度依賴高 NA EUV 光刻機(jī)。

ASML 首席執(zhí)行官 Peter Wennink 表示：

在高 NA EUV 方面，我們?nèi)〉昧肆己玫倪M(jìn)展，目前已經(jīng)開始在我們位于維爾德霍芬的新無塵空間中打造第一個(gè)高 NA 光刻。在第一季度，我們收到了多份 EXE:5200 系統(tǒng)的訂單。我們這個(gè)月還收到額外的 EXE:5200 訂單。我們目前已有來自三個(gè)邏輯芯片和兩個(gè)存儲芯片客戶的高 NA 訂單。EXE:5200 是 ASML 的下一代高 NA 系統(tǒng)，將為光刻技術(shù)的性能和生產(chǎn)力提供下一步的發(fā)展。

ASML 表示，第一臺 0.55 NA EUV 光刻機(jī)原型試預(yù)計(jì) 2023 年交付，2025 年后量產(chǎn)，第一臺預(yù)計(jì)交付英特爾。

根據(jù) Gartner 分析師 Alan Priestley 的預(yù)測，0.55 NA EUV 光刻機(jī)單價(jià)將翻番到 3 億美元（約合 20 億元人民幣）。

即便如此，0.55 NA EUV 光刻機(jī)還是得到了芯片廠商的火熱預(yù)購。畢竟，這是研發(fā) 2nm 工藝的芯片的必選項(xiàng)。

在各大芯片廠商中，英特爾的速度最快。

今年 1 月 19 日，英特爾向 ASML 訂購了最新款高 NA EXE:5200 光刻機(jī)。英特爾稱，公司將成為 ASML 第一臺 EXE:5200 的買家。與 EXE:5000 相比，EXE:5200 預(yù)計(jì)將帶來幾項(xiàng)改進(jìn)，包括更高的生產(chǎn)率等等。

在最新款高 NA EXE:5200 光刻機(jī)的訂購方面，臺積電、三星也有所動(dòng)作。在今年 6 月 17 日舉行的技術(shù)研討會上，臺積電研發(fā)高級副總裁米玉杰表示：“展望未來，臺積電將在 2024 年引入高數(shù)值孔徑的極紫外（高 NA EUV）光刻機(jī)，為的是開發(fā)客戶所需相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和模式解決方案，進(jìn)一步推動(dòng)創(chuàng)新?！?/span>

此外，根據(jù)臺積電早前消息，公司今年資本支出為 400 億美元至 440 億美元，多數(shù)用于先進(jìn)制程。

三星方面，據(jù)韓媒 Business Korea 報(bào)道，李在镕 6 月 14 日造訪 ASML 荷蘭總部時(shí)，拜會了 ASML 首席執(zhí)行官 Peter Wennink 等高管，廣泛討論半導(dǎo)體技術(shù)的未來、市場前景及 EUV 設(shè)備的供應(yīng)，并取得“額外”的 EUV 光刻機(jī)設(shè)備。此次三星若能爭取到更多 EUV 光刻機(jī)，則今年至少可獲得 18 臺，不過三星未詳細(xì)說明此次獲得的“額外”EUV 設(shè)備內(nèi)容。

另據(jù)韓媒 Business Korea 報(bào)道，三星電子正計(jì)劃通過在未來三年內(nèi)打造 2 納米 GAA(Gate-all-around) 工藝來追趕臺積電。

隨著 0.55 NA EUV 光刻機(jī)量產(chǎn)提上日程，芯片廠商的“2nm 工藝戰(zhàn)”也將徹底打響。

在 2022 SPIE 高級光刻會議上，ASML 也披露了 EUV 光刻機(jī)的出售數(shù)據(jù)。