ASML回擊關于其最新EUV裝置的指責

本文由半導體産業縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自tomshardware

最近，ASML回擊了SemiAnalysis分析師的批評，分析師認為，至少對于一些晶片制造商來說，使用該公司的下一代High-NA（高數值孔徑）光刻裝置在财務上意義不大。在最近接受 Bits and Chips 采訪時，ASML首席财務官表示，High-NA 正在走上正軌且健康，該分析公司低估了它的好處。在該公司最近的财報電話會議上，ASML的CEO也回答了有關該報告的問題，稱這項新技術“在邏輯和記憶體晶片制造方面顯然是最具成本效益的解決方案”。

ASML的Twinscan EXE High-NA EUV光刻裝置對于生産小于2nm的下一代制程工藝至關重要，但它們也比現有的Twinscan NXE Low-NA（低數值孔徑）極紫外（EUV）光刻裝置貴得多，有人說它們的成本在3億~4億美元之間。它們還有其它特點，例如尺寸大，這也是一些分析師認為這些工具不适用于所有生産線的原因。

正如人們所預料的那樣，ASML不同意這一評估，該公司的首席财務官告訴Bits and Chips，訂單符合公司的預期，而SemiAnalysis低估了通過避免昂貴的雙重和四重曝光來降低流程複雜性的價值。他還表示，人們可以簡單地與英特爾談談雙重曝光帶來的複雜性，他指的是英特爾在10nm方面的失敗，至少部分是由于缺乏EUV技術。英特爾是當今 High-NA 的主要客戶，最近收到了第一台High-NA裝置的第一批零件。

制造更簡單

雙重和四重曝光涉及多次重複暴露晶圓的同一層，以建立比通常可能更小的特征尺寸，但它會帶來缺陷，這會影響良率，并且比簡單地一步刻印該層的成本更高。

使用Low-NA裝置進行雙重和四重曝光的總體成本，以及與使用High-NA裝置進行單次曝光相比，是ASML和分析師之間争論的主要焦點。

到現在為止，熱心的讀者可能會問，如果Low-NA的EUV裝置可以通過使用雙重和四重曝光裝置實作與前者相同的特征尺寸，為什麼High-NA 的EUV會如此麻煩？事實上，英特爾正在将應用材料公司的 Centura Sculpta 圖案整形工具插入其20A制程中，以避免在某些情況下出現昂貴的 EUV 雙重曝光。

ASML認為，實施雙重曝光會帶來某些缺點：EUV雙重曝光會導緻生産時間更長，出現缺陷的可能性更大，并可能影響所生産晶片的性能。然而，由于 EXE：5000 的分辨率（CD）為8nm，晶片制造商可以簡化其制造流程。

晶圓代工廠當然了解使用高數值孔徑EUV掃描器的利弊，是以他們已經開始了研發工作。“我們的客戶将在 2024-2025 年開始研發，并在 2025-2026 年進入大批量生産，”ASML 的一份聲明中寫道。

ASML最近分享了有關其新型High-NA裝置的更多細節，以下是這些裝置工作原理的概要。

新裝置即将到來

ASML的下一代Twinscan EXE具有0.55數值孔徑（NA）鏡頭，是以它将達到8nm的分辨率，這标志着目前提供13nm分辨率的EUV裝置有了實質性的進步。這意味着它可以刻印出比單次曝光的低數值孔徑裝置小 1.7 倍的半導體，進而實作 2.9 倍的半導體密度。

低數值孔徑光刻系統可以達到類似的分辨率，盡管需要兩次曝光，但需要昂貴的雙重曝光工藝。實作8nm的分辨率對于使用sub-3nm制程工藝技術生産晶片至關重要，該行業計劃在 2025~2026年之間采用該技術。

高數值孔徑EUV的使用使晶圓廠能夠避免對EUV雙重曝光的需求，簡化流程，可能提高産量并降低成本。但它也帶來了很多挑戰。

最新的Twinscan EXE光刻裝置配備了0.55 NA鏡頭，與現有機器完全不同。主要差別是新的和更大的鏡頭。但是，更大的鏡頭需要更大的反射鏡，這就是為什麼Twinscan EXE裝置也具有變形光學設計的原因。

這種方法解決了較大的反射鏡導緻光線以更陡峭的角度照射到光罩上的問題，進而降低了反射率并阻礙了圖案轉移到晶圓上的問題。

變形光學器件不是均勻地縮小圖案，而是以不同的方式放大圖案：一個方向放大4倍，另一個方向放大8倍。這降低了光在十字線上的入射角，解決了反射率問題。此外，這種方法允許晶片制造商繼續使用标準尺寸的光罩，進而最大限度地減少對半導體行業的影響。這種方法存在一個問題：它将成像場的大小減半（從33mm x 26mm到16.5mm x 26mm），通常稱為High-NA使十字線尺寸減半。

成像場尺寸減半促使晶片制造商修改其晶片設計和生産政策。随着高端GPU和AI加速器越來越挑戰成像場尺寸的限制，這一變化尤為重要。

由于其變形光學元件和曝光場的尺寸隻有 Twinscan NXE 系統的一半，是以 Twinscan EXE 裝置需要對每個晶圓執行兩倍的曝光次數，這會使現有機器的生産率減半。為了保持生産率，ASML顯著提高了晶圓和掩模階段的速度。EXE的晶圓級加速速度為8g，是NXE的兩倍，而其掩模版級的加速速度是NXE的4倍，為32g。

這一增強功能使Twinscan EXE：5000每小時能夠以20 mJ/cm²的劑量刻印超過185個晶圓，超過了Twinscan NXE：3600C在相同劑量下刻印170個晶圓的産量。

ASML計劃到2025年使用Twinscan EXE：5200将産量提高到每小時220片晶圓，以確定High-NA技術在晶片制造中的經濟可行性。同時，新節點（即較低分辨率）需要更高的劑量，是以，Twinscan NXE：3600D将劑量增加到30 mJ/cm²，盡管每小時需要160片晶圓。出于某種原因，ASML沒有提到其EXE系統在30 mJ / cm²劑量下的性能。

更大的晶圓廠

ASML的高數值孔徑EUV Twinscan EXE光刻裝置在實體上比低數值孔徑EUV Twinscan NXE光刻機大。現有的和廣泛部署的ASML的Twinscan NXE将光源放在下面，這需要非常具體的晶圓廠建築配置，這使得維修這些裝置變得更加棘手。相比之下，High-NA Twinscan EXE 機器水準放置光源，簡化了晶圓廠的建造和維修，但需要更大的潔淨室空間。另一方面，這使得更新現有晶圓廠變得更加棘手。

同時，台積電已經擁有多個專門為Low-NA EUV Twinscan NXE光刻機建造的晶圓廠。将這些晶圓廠更新到High-NA Twinscan EXE裝置是一項複雜的任務。

考慮到裝置的成本、掩模版尺寸減半、将這些裝置安裝到現有晶圓廠的複雜性、現有Low-NA裝置的性能，以及許多其他無法在一個架構内考慮的具體因素，我們可以了解為什麼華興資本的分析師認為台積電暫時還沒有準備好采用高數值孔徑 EUV裝置。

總結

高數值孔徑掃描器具有更高的分辨率、更大的尺寸和一半的曝光場，是以需要開發新的光刻膠、計量、薄膜材料、掩模、檢測工具，甚至可能制造新的晶圓廠。從本質上講，向High-NA裝置的過渡将需要對新裝置和基礎設施進行大量投資，是以采用起來并不容易。

然而，High-NA EUV是未來，在我們看到有多少晶片制造商将這些裝置投入生産以及何時投入生産之前，大規模部署它在經濟上是否可行的問題不會得到明确的答案。

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