目前最先進的晶片製造技術是 4/5 納米製程,今年下半年三星和台積電將量產 3 納米製程技術,這對於他們使用 ASML EUV 微影曝光技術的 Twinscan NXE:3400C 及類似系統來講,因為具有 0.33 NA(數值孔徑)光學器材,可提供 13 nm 解像度,以目前來看,這個解像度尺寸對於 7/6 納米節點 (36 nm ~ 38 nm) 和 5 納米 (30 nm ~ 32 nm) 的單一曝光技術已經足夠。隨著間距低於 30 nm(超過 5 納米級先進關鍵程序)時代的來臨,13 nm 解像度可能需要雙重曝光技術,這將是未來幾年的主流應用技術。對於後 3 納米製程時代,ASML 與其合作夥伴正在開發一種全新 EUV 微影曝光設備 「Twinscan EXE:5000 系列」。這系列機器將具有 0.55 NA(高 NA)透鏡,解像度達 8nm,使其能在 3 納米及更先進關鍵程序製程中盡可能的避免使用雙重或多重曝光,就像目前三星和台積電的技術均可採用單次曝光 EUV 技術(NXE 3400C),但是當關鍵程序製程發展到 5 納米技術之際,則需要導入雙重曝光技術。對於各大晶圓代工廠來講,其主要目標就是盡可能避免雙重或多重曝光。事實上現階段 193 nm 浸入式的 DUV 藉由多重曝光也能夠達到生產 7 納米製程的生產,這同樣也是台積電早期7納米所用技術,但是這種技術更顯複雜,對良品率、設備、成本等都呈現很大挑戰,這顯示出現今 EUV 技術相較 DUV 技術的最大優點,尤其是自 2011 年開始,在晶片的製備中開始採用 22 納米和 16 / 14 納米的 FinFET 電晶體結構。該結構有運算速度快,能耗低的優點,但製造困難與成本過高是其缺點,也因為如此,對於關鍵程序製程技術的提升從以前的 18 個月延長到 2.5 年或更長的時間。
對於更微小的電晶體結構,微影曝光中光罩上的納米線程結構也變得更加密集,逐漸超越了同等光源條件下的解像度,導致晶圓上曝光得到的結構模糊。因此晶片製造商開始轉向多重曝光技術,將原始光罩的微結構間距放寬,採用兩個或多個曝光程序進行曝光,最終將整套電晶體刻蝕到晶圓上。
對此,雖然 ASML 計劃明年製造出下一代 High-NA EUV 微影曝光設備的原型,但畢竟是集全球尖端產業之大成產物,使
High-NAR EUV 微影曝光設備將非常複雜、非常龐大且昂貴,每部成本將超過 4 億美元,光運送就需要三架波音 747 來裝載,此外High-NA EUV 微影曝光設備不但需要新的光學零件,還需要新的光源材料,例如德國蔡司 (Carl Zeiss) 在真空中製造的一個由拋光、超光滑曲面鏡組成的光學系統,甚至需要新的更大廠房來容納這種機器,這都需要龐大投資。為了持續半導體的性能、功率、面積和成本(PPAc)等方面的優勢,目前製造技術領先的廠商們依然願意掏錢去用新技術,而這種技術對於後
3納米製程等關鍵程序具有重要意義,因此無論是已經下定的英特爾,還是三星、台積電,對它的需求都非常之高。根據 ASML今年第一季財報,其中資料顯示已經收到
5 個客戶的 High-NA EUV 微影曝光設備 「Twinscan EXE:5200 系統」的訂單,預計 2024 年交貨,另外還有超過 5 個訂單將於 2025 年開始交貨。
事實上早在 2020年至 2021 年間,ASML 已經收到了三家客戶的 High-NA EUV 微影曝光設備意向訂單,其數量多達 12 套系統。目前可以肯定的是,英特爾、三星和台積電等必然會拿下 2020 年至 2021 年試生產的 High-NA EUV 微影曝光設備。ASML 也開始為 Imec 生產其首個 High-NA EUV 微影曝光設備,預計明年完成,用於研發用途。
值得注意的是,ASML在 High-NA EUV 微影曝光設備方面已經獲得良好進展,目前已經開始在 ASML 位於荷蘭新無塵室中打造第一部 High-NA EUV 微影曝光設備,另外在今年第一季,ASML 收到多份 EXE:5200 訂單。未來透過這些設備的交貨,將為曝光微影技術的性能和生產力提供下一步發展。ASML 的 Twinscan EXE:5200 比現有 Twinscan NXE:3400C 設備要複雜得多,因此打造這些機器也需要更長時間。該公司希望在未來首階段交付 20 套 High-NA EUV 微影曝光設備,這可能代表著客戶將不得不進行競爭。到目前為止,唯一確認使用 ASML High-NA EUV 微影曝光設備的是處理器英特爾的 18A 製程。英特爾計劃在 2025 年進入批量生產階段,而 ASML 也是大約在那時開始交付其 High-NA EUV 微影曝光設備。但最近英特爾已經將其 18A 的生產規劃延遲到 2024 年下半年,並表示可以使用 ASML 的 Twinscan NXE:3600D 或 NXE:3800E 來生產,這顯示可能藉由多重曝光模式來達到其High-NA EUV 微影曝光設備能達到的效果。從這一點來看,雖然英特爾的 18A 製程技術會大大受惠於 High-NA EUV 微影曝光設備的出現,但也完全離不開 Twinscan
EXE:5200 設備。在商言商,雖然英特爾的 18A 製程技術不一定需要新機器,但多重曝光模式意味必須冒更長產品生產週期、更低良品率、更低獲利風險,這將導致英特爾更困難與競爭對手競爭。所以,英特爾一定希望它的 18A 製程儘快到來,從台積電手中奪回晶圓代工領頭羊的地位,至於其他領先的半導體製造商,包括台積電、三星、SK 海力士和美光也無不可避免採用 High-NA EUV 微影曝光設備來進行晶片的大量生產,關鍵是這日子究竟何時發生。













