ASML新動態(tài): 1nm光刻機都已經(jīng)來了嗎？

ASML已完成1nm芯片EUV光刻機設計，并加強與臺積電和三星的合作

ASML對中國大陸市場出口持開放態(tài)度，EUV等出口許可證

半導體光刻與刻蝕論壇2020將于2020年12月30-31日上海召開，光刻產業(yè)鏈國際動態(tài)與國產化發(fā)展機遇將是重要內容。

——ASML已完成1nm芯片EUV光刻機設計

2020年11月中旬，日本東京舉行了 ITF(IMEC Technology Forum,. ITF)論壇。在論壇上，與荷蘭商半導體大廠艾司摩爾(ASML) 合作研發(fā)半導體光刻機的比利時半導體研究所(IMEC)正式公布了 3 納米及以下工藝的在微縮層面的相關技術細節(jié)。

根據(jù)其所公布的內容來看，ASML 對于 3 納米、2 納米、1.5 納米、1 納米，甚至是小于 1 納米的工藝都做了清楚的發(fā)展規(guī)劃，代表著 ASML 基本上已經(jīng)能開發(fā) 1 納米工藝的光刻設備。

在論壇中，IMEC 公司總裁兼首席技術官 Luc Van den hove 在主題演說中先介紹了公司研究概況，強調透過與 ASML 的緊密合作，以及將下一代高辨識率極紫外光 (EUV) 光刻技術進行了商業(yè)化。IMEC公司強調，將繼續(xù)把工藝規(guī)模縮小到1nm及以下。包括日本在內的許多半導體公司相繼退出了工藝小型化，聲稱摩爾定律已經(jīng)走到了盡頭，或者說成本太高，無利可圖。

根據(jù)臺積電和三星電子介紹，從 7 納米工藝技術開始，部分工藝技術已經(jīng)推出了 NA=0.33 的 EUV 光刻設備，5 納米工藝技術也達成了頻率的提升，但對于 2 納米以后的超精細工藝技術，則還是需要能夠達成更高的辨識率和更高 NA (NA=0.55) 的光刻設備。

據(jù)IMEC介紹，ASML已經(jīng)完成了作為NXE:5000系列的高NA EUV光刻系統(tǒng)的基本設計，但商業(yè)化計劃在2022年左右。這套下一代系統(tǒng)將因其巨大的光學系統(tǒng)而變得非常高大，很有可能頂在傳統(tǒng)潔凈室的天花板下。

ASML目前在售的兩款極紫外光刻機分別是TWINSCAN NXE:3400B和TWINSCAN NXE:3400C，3600D計劃明年年中出貨，生產效率將提升18%。

ASML過去一直與IMEC緊密合作開發(fā)光刻技術，但為了開發(fā)使用高NA EUV光刻工具的光刻工藝，在IMEC的園區(qū)里成立了新的“IMEC-ASML高NA EUV實驗室”，以促進共同開發(fā)和開發(fā)使用高NA EUV光刻工具的光刻工藝。該公司還計劃與材料供應商合作開發(fā)掩模和抗蝕劑。

Van den hove最后表示：“邏輯器件工藝小型化的目的是降低功耗、提高性能、減少面積、降低成本，也就是通常所說的PPAC。除了這四個目標外，隨著小型化向3nm、2nm、1.5nm，甚至超越1nm，達到亞1nm，我們將努力實現(xiàn)環(huán)境友好、適合可持續(xù)發(fā)展社會的微處理器。”他表示，將繼續(xù)致力于工藝小型化，表現(xiàn)出了極大的熱情。

——臺積電大規(guī)模購買EUV光刻機，保持業(yè)界領先地位

近期媒體報道，臺積電表示其部署的極紫外光(EUV)光刻工具已占全球安裝和運行總量的50%左右，這意味著其使用的EUV機器數(shù)量超過了業(yè)內其他任何一家公司。為了保持領先，臺積電已經(jīng)下單訂購了至少13臺ASML的Twinscan NXE EUV光刻機，將會在2021年全年交付，不過具體的交付和安裝時間表尚不清楚。同時，明年臺積電實際需求的數(shù)量可能是高達16到17臺EUV光刻機。

目前，臺積電使用ASML的Twinscan NXE EUV光刻機在其N7+以及N5節(jié)點上制造芯片，但在未來幾個季度，該公司將增加N6(實際上將在2020年第四季度或2021年第一季度進入HVM)以及同樣具有EUV層的N5P工藝。臺積電對EUV工具的需求正在增加是因為其技術越來越復雜，更多地方需要使用極紫外光刻工具處理。臺積電的N7+使用EUV來處理最多4層，以減少制造高度復雜的電路時多圖案技術的使用。

根據(jù)ASML的官方數(shù)據(jù)，2018年至2019年，每月產能約4.5萬片晶圓(WSPM)，一個EUV層需要一臺Twinscan NXE光刻機。隨著工具生產效率的提高，WSPM的數(shù)量也在增長。如果要為一個準備使用N3或更先進節(jié)點制造工藝的GigaFab(產能高于每月10萬片)配備設備，臺積電在該晶圓廠至少需要40臺EUV光刻設備。

ASML最新推出的Twinscan NXE:3400B和NXE:3400C光刻系統(tǒng)價格相當昂貴。早在10月份，ASML就透露，其訂單中的4套EUV系統(tǒng)價值5.95億歐元(約合7.03億美元)，因此單臺設備的成本可能高達1.4875億歐元(1.7575億美元)。也就是說，13套EUV設備可能要花費臺積電高達22.84億美元。

但在EUV工具方面，錢并不是唯一的考慮因素。ASML是唯一生產和安裝EUV光刻機的公司，它的生產和安裝能力相對有限。在對其生產工藝進行調整后，該公司認為可以將單臺機器的周期縮減到20周，這樣一來，每年的產能將達到45到50套系統(tǒng)。

2020年前三季度，ASML已經(jīng)出貨了23臺EUV光刻機，預計全年銷售量比2020年原計劃的35臺少一點。截至目前，ASML已累計出貨83臺商用EUV光刻機(其中包括2015年第一季度至2020年第三季度銷售的NXE:3350B、NXE:3400B和NXE:3400C)。如果臺積電官方關于擁有全球已安裝和運行Twinscan NXE光刻機中約50%這個說法是正確的，那么目前可能已經(jīng)擁有30至40臺EUV光刻機。

臺積電不是唯一采購大量EUV光刻機的半導體制造商。三星目前只使用EUV工藝來生產其7LPP和5LPE SoC以及一些DRAM，但隨著三星晶圓廠擴大EUVL工藝在生產上的應用，三星半導體也提高了基于EUV工藝的DRAM的生產，最終將不可避免地采購更多的Twinscan NXE光刻機。預計英特爾也將在2022年開始使用其7nm節(jié)點生產芯片時，將開始部署EUVL設備，很可能在未來幾年成為EUVL設備的主要采用者之一。

未來幾年全球對EUV光刻機的需求只會增加，但從目前的情況來看，在未來一段時間內，臺積電仍將是這些光刻設備的主要采購者，三星和英特爾將緊隨其后。

——三星加強與ASML的技術和投資合作

近日，包括CEO Peter Burnink在內的ASML高管于訪問了三星的半導體工廠，討論了在EUV光刻機供應和開發(fā)方面的合作。

ASML高管與三星副董事長金基南進行了會談。業(yè)內人士認為，三星在此次會談中要求ASML供應更多的EUV光刻機，并討論了雙方在開發(fā)下一代EUV光刻機方面的合作。

據(jù)悉，三星需要更多的EUV光刻機來擴大其在全球晶圓制造市場的份額。然而，作為世界上唯一的EUV光刻機制造商，ASML向臺積電提供的設備要多于三星。因此三星希望與ASML建立技術聯(lián)盟，以確保下一代EUV光刻機的供應。對于ASML來說，與三星的投資合作是必要的，因為開發(fā)下一代EUV光刻機需要大量投資。

該報道指出，三星希望投資開發(fā)高數(shù)值孔徑的EUV光刻機，以提高半導體微制造所需的電路分辨率。該設備的價格預計為每臺5000億韓元，比目前的EUV設備高出2到3倍。ASML計劃在2023年年中推出該設備的原型，三星則希望優(yōu)先獲得ASML的供應，以在技術上領先臺積電。

不過，三星一位官員表示，會議并沒有做出具體的投資決定。他說，ASML高管到訪三星是為了回應李在镕10月份訪問ASML總部。另有消息稱，ASML的高管此次還會面了SK海力士總裁李石熙，雙方討論了擴大UV設備供應和促進合作的途徑。

——對中國大陸出口持開放態(tài)度，EUV等出口許可證

2020年11月上旬， ASML全球副總裁、中國區(qū)總裁沈波透露，2020年二、三季度，該公司發(fā)往中國大陸地區(qū)的光刻機臺數(shù)超過了全球總臺數(shù)的20%。然而在2020年的進博會上，ASML僅展示了DUV光刻機，并沒有展示新的EUV光刻機。

對此，沈波表示，EUV光刻機目前還在等荷蘭政府的出口許可證。該公司須在遵守法律法規(guī)的前提下進行光刻機出口。沈波強調，該公司對向中國出口光刻機保持很開放態(tài)度。自30年前進入中國市場以來，該公司在中國總計為客戶提供了700多臺裝機。

半導體光刻與刻蝕論壇2020將于2020年12月30-31日上海召開，光刻產業(yè)鏈國際動態(tài)與國產化發(fā)展機遇將是重要內容。

【半導體光刻與刻蝕材料、設備與技術論壇2020】

在政策和市場需求的雙重驅動下，半導體光刻和刻蝕產業(yè)鏈將加速國產化進程。參與企業(yè)將面臨空前的發(fā)展機遇。然而材料、技術與設備的競爭力提升，也將面臨挑戰(zhàn)。半導體光刻與刻蝕材料、設備與技術論壇2020將于12月30-31日在上海召開。會議由亞化咨詢主辦，多家國內外企業(yè)重點支持和參與，將對半導體產業(yè)核心工藝——光刻和刻蝕產業(yè)鏈的重點議題展開深入探討。

會議主題

1. 半導體光刻與刻蝕產業(yè)鏈相關政策趨勢

2. 國際先進光刻材料設備與技術

3. 半導體光刻膠及其原料

4. 半導體光刻技術——DUV、浸沒式、多重曝光、EUV、新技術

5. 光刻與刻蝕產業(yè)鏈的國產化發(fā)展

6. 光掩膜版、光刻氣、光刻源、光刻機及其關鍵零部件

7. 光刻配套——涂膠顯影、光刻膠剝離、檢測等

8. 刻蝕技術——濕法、干法、等離子刻蝕、反應離子刻蝕、ICP刻蝕等

9. 刻蝕工藝、刻蝕機及刻蝕液(氣體)

10. 光刻、刻蝕與先進封裝

關鍵詞： ASML 1nm光刻機