EUV光刻机瓶颈待破，下一代技术怎么走?

华语天空

光刻机作为集成电路生产中不可或缺的重要设备之一，一直以来都决定了先进制程的发展速度，而阿斯麦(ASML)是欧洲最大的技术公司，主导着光刻市场。
近期，光刻巨头荷兰半导体设备公司阿斯麦首席执行官Peter Wennink表示，今年将按计划在其下一个产品线中推出首款测试工具。据了解，该款高数值孔径的极紫外光刻(EUV)机器只有卡车大小，每台成本超过 3 亿欧元，顶级芯片制造商需要这些机器，以便他们能够在未来十年生产更小、更好的芯片。
不过，在分析人士看来，EUV 光刻技术或非是通向先进制程的必由之路。
“未来几年可能会出现所谓下一代光刻技术，如NIL(纳米压印光刻)。”易方资本研究部主管王逸研对第一财经表示，传统的EUV(极紫外光刻)光刻机在制造晶体管时会遇到它的物理极限，NIL光刻机最大的好处是光源相对便宜，即不需要用能源转换效率低的EUV的激光源，而是只用一些DUV(深紫外光刻)或者是更成熟的光源就可以结合纳米涂层的方法实现一至两纳米制程的量产。
EUV技术如何演进？

美国国家标准与技术研究院（NIST）发布的一份有关EUV光刻机的报告指出，当今最先进的半导体光刻工艺使用EUV光源，特别是13.5nm分辨率的光。EUV光允许在半导体中构建更小的单位特征，而这种光由上文提及的EUVL系统生成，这项技术由阿斯麦于2019年首次部署并一直保持着100%的市场份额。
1997年，美国半导体巨头英特尔公司和美国能源部就共同发起成立了EUV有限责任公司，即EUV LLC，研究EUV光刻技术。随后，EUV LLC纳入ASML，允许其享受基础研究成果。
加入EUV LLC后，ASML便在EUV的研发进度上突飞猛进。在寻求政府经费帮助、吸收下游制造商投资、联合研究所研发等一系列举措的支持下，ASML最终于2010年成功推出第一台EUV光刻机NXE：3100。
当前，市面上主流的EUV光刻机是ASML的NXE：3400C和NXE：3400D。ASML官网的参数显示，两者均支持7纳米和5纳米节点的EUV量产，后者的生产效率相比前者提高了15%至20%。
2022年，ASML称收到了供应商提供的第一个高数值孔径机械投影光学器件和照明器以及新的晶圆载物台。这两个模块将用于下一代EUV光刻机EXE:5000的初始测试和集成。据了解，ASML EXE:5200系统具备High-NA 系统和每小时 220 片晶圆生产率的性能。
ASML做出的最新技术规划认为，EUV光刻的未来发展将把数值孔径（NA）从0.33增加到0.55(High NA)。业界预测，High-NA EUV将面向2纳米乃至埃米级工艺节点，是在未来10-20年成为半导体晶圆制造的顶尖工艺支撑设备之一。ASML预计High NA系统将于2023年底交付给客户，用于大批量制造的全平台工艺预计将于2025年投入运营。
上述报告中提到，EUVL是制造下一代半导体芯片的关键步骤。据报告测算，一套EUVL系统目前耗资约1.5亿美元。迄今为止，ASML已经交付了三种不同型号的EUVL系统，即Twinscan NXE:3400 B/C和NXE:3600D，NXE系统的总出货量从2019年第一季度的31台增长到2022年第四季度的181台。
技术突破难题有哪些？

但要实现EUVL技术，ASML当前还面临诸多困难。
首当其冲的便是成本。在此前召开的业绩说明会上，ASML首席技术官Martin van den Brink强调，该公司需要越来越多地关注降低成本，这意味着不是减少资源，而是确保其推向市场的解决方案更简单、更可持续、更有效、更易于维护、更易于制造且更具可扩展性。Brink还表示，如果在不了解对这些产品施加的成本和复杂性的限制的情况下就贸然转向下一个产品是不负责任的。
ASML预计，2023年第三季度的净销售额在65亿欧元到70亿欧元之间，而第三季度的研发成本约为10亿欧元，研发费用占净销售额的比重达到14.3至15.3%。
另一方面，EUV光刻是否是通向先进制程的唯一技术还有待验证。
易方资本研究部主管王逸研此前对记者表示，传统的EUV(极紫外光刻)光刻机在制造晶体管时会遇到它的物理极限。“因为它衍射上的一些物理限制导致了13.5nm分辨率的EUV光刻机有可能做不了一些一纳米制程以下的器件，同时EUV光刻机的价格其实是非常昂贵的。”
王逸研指出，“下一代光刻技术”NIL光刻机最大的好处是光源相对便宜，即不需要用能源转换效率低的EUV的激光源，而是只用一些DUV(深紫外光刻)或者是更成熟的光源就可以结合纳米涂层的方法实现一至两纳米制程的量产。