最近，全球光刻機(jī)巨頭ASML在其荷蘭總部*向媒體展示了最新一代的High NA EUV光刻機(jī)，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。這款光刻機(jī)不僅引入了最*的技術(shù)，更是被譽(yù)為將成為實(shí)現(xiàn)2納米以下先進(jìn)制程大規(guī)模量產(chǎn)的必備“武器”。High NA EUV光刻機(jī)的亮點(diǎn)在于其高數(shù)值孔徑（Numerical Aperture，NA）技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高分辨率和更精細(xì)的芯片制造。這項(xiàng)技術(shù)的突破將為半導(dǎo)體行業(yè)帶來革命性的進(jìn)步，推動(dòng)芯片制造向著更小、更快、更節(jié)能的方向發(fā)展。除了已經(jīng)率先獲得全球首臺(tái)High NA EUV光刻機(jī)的英特爾之外，臺(tái)積電和三星也相繼訂購(gòu)了這一先進(jìn)設(shè)備，預(yù)計(jì)最快在2026年陸續(xù)到位。
ASML發(fā)言人Monique Mols在媒體參觀總部時(shí)表示，一套High NA EUV光刻系統(tǒng)的大小等同于一臺(tái)雙層巴士，重量更高達(dá)150噸，相當(dāng)于兩架空中客車A320客機(jī)，全套系統(tǒng)需要250個(gè)貨箱來裝運(yùn)，裝機(jī)時(shí)間預(yù)計(jì)需要250名工程人員、歷時(shí)6個(gè)月才能安裝完成，不僅價(jià)格高昂也相當(dāng)耗時(shí)。根據(jù)此前的爆料顯示，High NA EUV的售價(jià)高達(dá)3.5億歐元一臺(tái)。
Monique Mols解釋稱：“我們不斷進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和開發(fā)，還有大量工作要做來校準(zhǔn)它并確保它適合制造系統(tǒng)。” “我們和我們的客戶也有一個(gè)陡峭的學(xué)習(xí)曲線。”預(yù)計(jì)ASML今年還將發(fā)貨“一些”（High NA EUV系統(tǒng)），并且在定制和安裝方面仍有工作要做。
ASML CEO Peter Wennink表示，AI需要大量運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，如果沒有ASML將無法實(shí)現(xiàn)，這也是公司業(yè)務(wù)一大驅(qū)動(dòng)力。ASML上季收到的EUV設(shè)備訂單也創(chuàng)下了歷史新高。
英特爾在2023年12月已率先拿下了全球首臺(tái)High NA EUV光刻機(jī)，并已經(jīng)開始在英特爾俄勒岡州晶圓廠安裝。此前外界預(yù)計(jì)該設(shè)備將會(huì)被英特爾用于其最先進(jìn)的Intel 18A制程量產(chǎn)，不過，日前英特爾CEO基辛格（Pat Gelsinger）在財(cái)報(bào)會(huì)議上宣布，Intel 18A預(yù)計(jì)將在2024年下半年實(shí)現(xiàn)制造就緒，但是并不是采用High NA EUV量產(chǎn)，該設(shè)備將會(huì)被應(yīng)用于1.8nm以下的挑戰(zhàn)。
除了英特爾之外，臺(tái)積電、三星等晶圓代工大廠在High NA EUV設(shè)備機(jī)臺(tái)采購(gòu)上則慢于英特爾。業(yè)界指出，由于High NA EUV光刻機(jī)價(jià)格是當(dāng)前EUV光刻機(jī)的兩倍，這也意味著設(shè)備成本將大幅增加，由于明年即將量產(chǎn)的2nm依然可以依賴于現(xiàn)有的EUV光刻機(jī)來完成，并且成本并不會(huì)大幅增加，這也是臺(tái)積電、三星不急于導(dǎo)入High NA EUV光刻機(jī)的關(guān)鍵。
業(yè)界人士推測(cè)，臺(tái)積電預(yù)計(jì)最快在1.4納米（A14）才導(dǎo)入High NA EUV曝光機(jī)臺(tái)，代表2025年才可望有采購(gòu)設(shè)備的消息傳出，若按照臺(tái)積電先前對(duì)外釋出的1.4奈米量產(chǎn)時(shí)間將落在2027年至2028年計(jì)劃下，臺(tái)積電的High NA EUV曝光機(jī)臺(tái)交貨時(shí)間可能落在2026年開始陸續(xù)交機(jī)。
不過，可以確定的是，ASML的High NA EUV光刻機(jī)已成為英特爾、臺(tái)積電及三星等晶圓制造大廠進(jìn)軍2nm以下先進(jìn)制程的必備武器，僅是大規(guī)模采用的時(shí)間先后順序有所差別。
事實(shí)上，進(jìn)入7nm以下后，臺(tái)積電就開始導(dǎo)入EUV光刻設(shè)備，原因在于光罩曝光層數(shù)大幅增加，在至少20層以上的重復(fù)曝光需求下，孔徑重復(fù)對(duì)準(zhǔn)的*度要求越來越高，這也讓EUV光刻機(jī)成為了必備設(shè)備，不僅可以提高良率，也能降低生產(chǎn)成本。
對(duì)于High NA EUV系統(tǒng)，ASML此前也表示，其*代High NA EUA（EXE:5000）的分辨率為 8nm，可以使芯片制造商能夠簡(jiǎn)化其制造流程。并且，EXE:5000每小時(shí)可光刻超過 185 個(gè)晶圓，與已在大批量制造中使用的 NXE 系統(tǒng)相比還有所增加。ASML還制定了到 2025 年將產(chǎn)能提高到每小時(shí) 220 片晶圓的路線圖。這種生產(chǎn)力對(duì)于確保將高數(shù)值孔徑集成到芯片工廠對(duì)于芯片制造商來說在經(jīng)濟(jì)上可行至關(guān)重要。
不過，半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)SemiAnalysis的半導(dǎo)體設(shè)備和制造分析分析師Jeff Koch則表示：“雖然一些芯片制造商可能會(huì)更早地推出它，以試圖獲得技術(shù)*地位，但大多數(shù)芯片制造商在它具有經(jīng)濟(jì)意義之前不會(huì)采用它。”客戶可以選擇等待并從現(xiàn)有工具中獲得更多收益。Jeff Koch通過自己的計(jì)算表示，只有在 2030 年至 2031 年左右從舊技術(shù)大規(guī)模轉(zhuǎn)換之后才會(huì)變得具有成本效益。此外，“預(yù)計(jì)ASML 在 2027-2028 年投產(chǎn)的*晶圓廠*采用前沿邏輯制程之后，可能會(huì)擁有足夠的High NA EUV產(chǎn)能。”
原本任職于ASML的Jeff Koch不久前還曾發(fā)布了一篇題為《ASML困境：High-NA EUV比Low-NA EUV多模式更糟糕》的文章中指出，現(xiàn)有的Low-NA EUV系統(tǒng)通過雙重圖案化技術(shù)，相比High NA EUV更具成本優(yōu)勢(shì)！
不過，ASML 首席執(zhí)行官 Peter Wennink 今年1月回應(yīng)稱，分析師可能低估了這項(xiàng)技術(shù)。“我們目前在與客戶的討論中看到的一切都是High NA EUV更據(jù)經(jīng)濟(jì)效益。”
ASML的High NA EUV產(chǎn)品管理負(fù)責(zé)人 Greet Storms在上周五表示，拐點(diǎn)將于 2026-2027 年左右到來。
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ASML最新EUV光刻機(jī)：27億元，150噸重，250人要安裝180天
ASML公司更是對(duì)外宣稱，這是芯片制造商參與人工智能熱潮的“必備品”。所謂數(shù)值孔徑，指的是用來衡量光學(xué)系統(tǒng)能夠收集的光的角度范圍。通過增大數(shù)值孔徑，可以實(shí)現(xiàn)更小的分辨率和更高的分辨能力，從而滿足微細(xì)加工的要求。簡(jiǎn)單來說，數(shù)值孔徑越大則分辨率越佳。
據(jù)悉，這臺(tái)光刻機(jī)采用蔡司生產(chǎn)的0.55 NA 的鏡頭，能夠?qū)崿F(xiàn)8nm級(jí)別的分辨率，而標(biāo)準(zhǔn)EUV 使用0.33 NA 的鏡頭，實(shí)現(xiàn)分辨率水平為13nm。這么說吧，誰家要是擁有它，那么制造2nm及以下節(jié)點(diǎn)芯片，是絲毫沒有任何壓力。
并且在芯片制作過程中，還可以進(jìn)一步提升之前傳統(tǒng)光刻機(jī)多重曝光成本，其一個(gè)小時(shí)能曝光超過200片硅晶圓，生產(chǎn)效率變得更高。
一般來說，工藝節(jié)點(diǎn)超越5nm，低數(shù)值孔徑光刻機(jī)的分辨率就不夠了，只能使用EUV雙重曝光或曝光成形技術(shù)來輔助。然而，這樣不但大大增加成本，還會(huì)降低良品率。因此，更高數(shù)值孔徑成為必需。
據(jù)悉，一臺(tái)High-NA光刻機(jī)售價(jià)高達(dá)3.5億歐元，與之對(duì)比阿斯麥傳統(tǒng)EUV光刻機(jī)型號(hào)，包括NXE:3600D 和NXE:3400C。
它們分別可用于3~5nm、5~7nm 制程節(jié)點(diǎn)的芯片生產(chǎn)，整體平均單價(jià)約1.7 億歐元。
所以看到了吧，這個(gè)漲幅是巨大的。為了在2nm及以下芯片制造領(lǐng)域重新奪回相對(duì)臺(tái)積電的*優(yōu)勢(shì)，看得出來英特爾是下了大血本的。
值得一提的是，英特爾在2018年就跟阿斯麥預(yù)定好了，直到2023年年底，對(duì)方才開始交付。
而另一巨頭臺(tái)積電，則按兵不動(dòng)。至于原因嘛，業(yè)內(nèi)分析師預(yù)計(jì)，由于最先進(jìn)的光刻機(jī)成本相比之前多重曝光的光刻機(jī)高的多，因此臺(tái)積電可能要到 2030 年甚至更晚才會(huì)采用這項(xiàng)技術(shù)。
根據(jù)ASML公布資料，一部EUV光刻機(jī)的精密零部件超過10萬多個(gè)，4萬個(gè)螺栓，4000多條線路，超過2公里以上的軟管線。
單次發(fā)貨需要?jiǎng)佑?0個(gè)貨柜、20輛卡車以及3架波音飛機(jī)才能運(yùn)完。
值得一提的是，這么多零部件，涉及到來自超過40多個(gè)*的5000多家供應(yīng)商。比如里面用到了德國(guó)的蔡司鏡頭，日本的特殊復(fù)合材料，瑞典的精密機(jī)床，美國(guó)的先進(jìn)控制軟件、光源等，個(gè)個(gè)都是業(yè)內(nèi)*廠商。其中90%的零件都采用*上最先進(jìn)的技術(shù)，85%的零部件是和供應(yīng)鏈共同研發(fā)。
甚至一些接口都要工程師用高精度機(jī)械進(jìn)行打磨，尺寸調(diào)整次數(shù)更可能高達(dá)百萬次以上。等光刻機(jī)的各個(gè)組件，通過飛機(jī)運(yùn)輸?shù)娇蛻暨@邊后，會(huì)有將近250名工程師們輪流對(duì)其進(jìn)行組裝，整個(gè)組裝調(diào)試時(shí)間更是超過半年。
其中，每個(gè)鏡面、透鏡和其他光學(xué)元件都需要精確校準(zhǔn)，以確保光束能精確地聚焦在晶圓上。按照英特爾的計(jì)劃，自家2nm芯片將在2025年才能制造出來。然而，值得一提的是，ASML的總裁指出數(shù)值孔徑（NA）達(dá)到0.55后，進(jìn)一步提升可能會(huì)遇到技術(shù)瓶頸。
后面想讓EUV光刻機(jī)繼續(xù)提升分辨率，有這么幾種辦法。
要么不斷降低光源波長(zhǎng)，但是目前使用的13.5納米的極紫外光已經(jīng)非常短了，找不到比這更短的了。
要么提升光刻工藝因子，其中包括但不限于光刻膠的性能、曝光后處理技術(shù)、以及圖案轉(zhuǎn)移的精度等。
盡管通過改進(jìn)這些工藝參數(shù)，可以在一定程度上提升分辨率，但目前這些技術(shù)也接近了它們的物理或化學(xué)極限，提升空間有限。
剩下還有一條路，那就是提升數(shù)值孔徑（NA）。
雖然目前ASML開發(fā)的高NA EUV光刻技術(shù)，特別是0.55高NA系統(tǒng)，代表了光刻技術(shù)的一個(gè)重大進(jìn)步。
然而，繼續(xù)提高NA會(huì)遇到巨大的技術(shù)和物理障礙，比如光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性、制造成本的大幅上升，以及可能達(dá)到物理極限。正因如此，ASML的總裁才會(huì)指出0.55NA，可能是當(dāng)前技術(shù)條件下的極限。其中最關(guān)鍵的因素，是阿斯麥掌握了大部分光刻機(jī)制造的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，從而構(gòu)建了一個(gè)由全球*供應(yīng)商和合作伙伴組成的生態(tài)系統(tǒng)。要知道，阿斯麥的光刻機(jī)中超過90%的零件都是向外采購(gòu)的，全球更是超過5000家供應(yīng)商。
因此對(duì)于這些供應(yīng)商，阿斯麥想方設(shè)法牢牢的掌握在自己手里。這意味著阿斯麥在技術(shù)創(chuàng)新、零部件質(zhì)量以及生產(chǎn)效率方面都能保持*。
而對(duì)于下游客戶來說，阿斯麥有個(gè)奇特的規(guī)定，就是只有投資阿斯麥才能獲得優(yōu)先供貨權(quán)。這不僅為阿斯麥提供了一大筆資金支持，而且通過這種方式，阿斯麥與其客戶之間形成了更緊密的合作關(guān)系和利益共同體。
這種模式，有助于阿斯麥在研發(fā)新技術(shù)時(shí)獲得客戶的直接反饋和需求，進(jìn)而更好地滿足市場(chǎng)的需要。
所以，通過與全球*供應(yīng)商和合作伙伴的緊密合作，加上客戶的投資，從而使得阿斯麥能夠保持技術(shù)的*地位。
