EUV光刻机对芯片生产至关重要。此次披露的技术突破,是ASML攻克EUV设备中技术难度最高的环节,生成满足高量产需求、功率与特性达标的EUV光。公司研究人员已将EUV光源功率从当前的600瓦提升至1000瓦。该突破的核心优势在于:更高功率意味着每小时可生产更多芯片,从而降低单颗芯片的制造成本。
芯片制造原理类似摄影:EUV光照射在涂有光刻胶的硅片上。功率更高的EUV光源可大幅缩短芯片厂的曝光时间。ASML NXE系列EUV设备执行副总裁特恩・范高赫(Teun van Gogh)表示:“我们希望确保客户能以更低的成本持续使用EUV技术。”
2030年单台设备每小时可处理330片晶圆
据范高赫介绍,到2030年底,客户单台设备每小时可处理约330片硅晶圆,高于当前的220片。根据芯片尺寸不同,每片晶圆可容纳数十至数千颗芯片。
ASML通过强化其光刻机中最复杂的部件之一 —— 锡滴发生器,实现了功率提升。为产生13.5纳米波长的光线,ASML设备会向腔室内喷射熔融锡滴流,再由大功率二氧化碳激光将其加热成等离子体。在这种超高温物质状态下,锡滴温度超过太阳表面并激发出EUV光。这些光线由蔡司集团提供的精密光学设备收集,导入光刻机用于芯片光刻。
本次公布的核心技术突破包括:将锡滴喷射速率提升一倍,达到每秒约10万滴;并采用两束短脉冲激光将其激发为等离子体,而现有设备仅使用单束塑形脉冲。
科罗拉多州立大学教授Jorge J. Rocca表示:“这极具挑战性,因为需要掌握多项技术与工艺。其实验室专注激光技术研究,并培养了多名ASML科学家。能实现1千瓦功率,这一成就相当惊人。”
珀维斯补充道,ASML认为实现1000瓦的技术方案将为未来持续升级打开空间:“我们已看到通往1500瓦的清晰路径,从物理原理上看,达到2000瓦不存在根本性障碍。”
挑战ASML的初创公司
值得一提的是,目前有很多初创公司都在试图挑战ASML,例如Substrate与xLight都在筹措资金研发能够与ASML“媲美”的方案。
Substrate选择了与ASML EUV光刻技术不同的技术路线,即X射线光刻技术。ASML的EUV光刻机采用13.5纳米波长的极紫外光,而Substrate则认为,波长越短,分辨率越高,因此直接采用波长更短的X射线。Substrate利用粒子加速器产生X射线光源,其波长介于0.01到10纳米之间。
据Substrate声称其设备能够打印12nm尺寸图案,与High NA EUV设备相当。Substrate表示,其未使用任何外部生产的光刻工具或知识产权,“已开发出一套差异化技术,与其他任何半导体公司均无重叠”。若Substrate能成功将该技术推向市场,其X射线光刻设备将比ASML的大型设备更便宜、体积更小。该初创公司称,其技术已具备可行性,且已拥有芯片层图像,这些图像显示其蚀刻精度已达到或超过最新型ASML设备的水平。
Substrate最终目标不仅是超越ASML,还计划成为芯片制造商本身。去年10月,Substrate宣布获得1亿美元融资。该公司计划利用资金在美国建设晶圆厂,公司将聚焦先进制程研发与生产,直接与台积电等领先代工企业竞争。
而xLight则是在生产一种“将在2028年连接到ASML扫描仪并运行晶圆”的LPP光源,这可能意味着xLight的LPP光源将与现有的ASML工具兼容,不过与下一代High-NA EUV工具的兼容性尚不确定。xLight声称目前拥有一种功率超过1000瓦的LPP光源,并且将在2028年准备好用于商业应用。
去年4月,英特尔前CEO帕特·基辛格宣布加入xLight,担任董事会执行董事长。基辛格表示,xLight的技术将每片晶圆的成本降低了大约50%,并将资本和运营成本降低了3倍,这是制造效率的重大飞跃。
去年7月,xLight宣布已完成一轮超额认购的4000万美元B轮股权融资。此轮融资由 Playground Global 领投,Boardman Bay Capital Management 跟投。Morpheus Ventures、Marvel Capital 和 IAG Capital Partners 也参与了此轮融资。同年12月,美国商务部发布的一份新闻稿显示,隶属于美国国家标准与技术研究院(NIST)的商务部“芯片研发办公室”已签署了一份非约束性意向书,将向xLight公司提供至多1.5亿美元的资金,但未透露具体的持股比例。
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