Hyper-NA EUV會來嗎？

ASML 首席技術官 Martin van den Brink 認為，經過數十年的光刻技術創新，High-NA EUV 可能會成為終點。

ASML在2021年兩次提高了生產目標：希望到 2025 年出貨約 600 臺 DUV 和 90 臺 EUV ，而2021年出貨量分別為不到 200 臺和 35 臺。由于持續的芯片短缺，交付問題每天都在發生。今年年初柏林工廠發生火災這樣的挫折，這使 EUV 晶圓夾具的生產暫時癱瘓。

盡管EUV的生產力還沒有達到客戶的預期，但幾年來，EUV 已經成為世界上最先進芯片的生產過程中不可或缺的一部分。最新一代的 EUV 設備High-NA系統的開發也進展順利。根據 ASML 的路線圖，世界上第一臺High-NA EUV的交付日期是2023年，盡管供應鏈問題仍可能會打亂時間，Van den Brink 認為這個目標將會實現。

?關于High-NA EUV

2018 年 4 月左右，一切就緒。EUV 在大批量制造中正蓄勢待發，不久之后，第一批High-NA 系統的訂單就來了。從那時起，另一個過渡期的準備工作總體上相當順利。Van denBrink透露，這比以前的任何光刻轉換都“容易得多”。

“為什么？首先，我們現在對 EUV 光刻的作用有了很好的了解。今天，我們仍然在短波系統的穩定性方面存在問題，并且生產力沒有達到標準。但我們需要理解主要物理問題。”在任何光刻轉換中，ASML 都需要依賴外部的創新。“抗蝕劑發生變化，掩模發生變化，會出現新類型的缺陷。這些東西都會影響基礎設施。對于High-NA，基礎設施的變化相對來說微不足道。因此所涉及的風險要低得多。”

Van den Brink 表示，到目前為止，開發High-NA技術的最大挑戰是為 EUV 光學器件構建計量工具。High-NA反射鏡的尺寸是其前身的兩倍，需要在 20 皮米內平整。這需要在一個“可以容納半個公司”的真空容器中進行驗證，該容器位于蔡司。

“構建這個工具的問題是你不能確定它是否足夠準確。你可以做各種各樣的測試來提供一些保證，但你永遠不能完全確定。這就是我們現在所處的階段。我們認為它有效，但要等到明年我們拿到第一支鏡頭，才會知道實物如何。”如果鏡頭不符合規格，將采取緊急程序。“我們有備用計劃。如果它不起作用，我們有足夠的能力來修復它。我們可以在一定范圍內重新拋光表面并在必要時更換單個鏡子。”?一個 EUV 鏡頭由幾個反射鏡組成——確切的數量是商業機密。

最后，不要低估一個比典型公交巴士更大的系統的復雜性。“EUV是一個怪物。過去，一臺光刻機需要幾百千瓦。對于 EUV，它是 1.5 兆瓦，主要是因為光源。我們為High-NA使用相同的光源，但模組需要額外的 0.5 兆瓦。我們使用水冷銅線為其供電，這推動了很多工程。”

盡管供應鏈問題使日程表變得模糊不清，Van den Brink 認為出貨沒有什么阻礙。“時機有點問題。High-NA機器包含我們在生產系統中使用的相當多的組件，解決當下的問題更為重要。就時間而言，這仍然是一個危機項目，但我相信到明年年底我們會取得不錯的成果。”

?下一代光刻技術是Hyper-NA嗎

ASML 和 IMEC已經在那里建立了一個聯合High-NA研究實驗室。2024 年，計劃是讓客戶擁有自己的機器用于研發目的。次年，將交付第一批大批量制造工具。這將在很大程度上免除 ASML 的客戶因 EUV 開發延遲而造成的困難時期。Van den Brink在 2017 年表示“客戶們越來越絕望”，必須用兩個或多個193 nm圖案化的芯片層的數量（浸入式）曝光步驟變得如此之高，以至于半導體制造商們不顧EUV掃描儀當時差強人意的生產力，繼續采用EUV。

ASML 目前的首要任務是繼續降低 EUV 和High-NA圖案化的成本。Van den Brink 認為，這還需要十年的努力。“只要性能還沒有達到 193 nm光刻的水平，就有很大的改進空間。我們仍然可以在傳輸中獲得很多收益，可能是兩倍。而且我們還沒有從光學中擠出每一納米的分辨率。使用 193 nm掃描儀，由于照明系統的操作，我們處于極限。EUV 還沒有同樣的復雜程度。”ASML 還將繼續專注于整體光刻技術。這套計量和計算技術使芯片制造商能夠對其制造過程保持嚴格的控制。這降低了缺陷率，就像提高生產力一樣，降低了成本。

半導體界迫切想知道的是，High-NA是否會獲得繼任者。ASML 的技術副總裁 Jos Benschop 已在去年的 SPIE 高級光刻會議上透露，可能的替代方案，即降低波長的新步驟，不是一種選擇。這與角度有關：EUV 反射鏡反射光的效率很大程度上取決于入射角。波長的降低會改變角度范圍，使得透鏡必須變得太大而無法補償。

這種現象也會隨著NA的增加而出現。那么NA是否有可能再次增加？Van den Brink表示，ASML 正在調查此事。但是，就個人而言，他不相信 Hyper-NA 是可行的。“我們正在研究它，但這并不意味著它會投入生產。多年來，我一直懷疑 High-NA 將是最后一個 NA，這種信念沒有改變。”

對于“標準”EUV，NA 是 0.33，對于高 NA，它是 0.55，對于Hyper-NA，它會“高于 0.7，也許是 0.75。理論上是可以做到的。從技術上講，這是可以做到的。但是更大的鏡頭市場還有多少空間呢？這不僅是一個技術問題，如果Hyper-NA 的成本增長得像我們在High-NA中看到的那樣快，那么它在經濟上幾乎是不可行的。”

Hyper-NA 研究計劃的主要目標是提出智能解決方案，使技術在成本和可制造性方面保持可控。Van den Brink 不想建造更大的設備，他說，“我們正試圖在制造和設計方面做出根本性的改變，以確保如果我們要制造Hyper-NA設備，在經濟上是可行的。對于Hyper-NA，在摩爾定律放緩的當下，仍存在無法克服的成本限制。由于系統集成，繼續開發新一代芯片仍然是值得的。但一個現實的問題是：哪些芯片結構太小而無法經濟地制造？”

編輯：黃飛

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