ASML新动态: 1nm光刻机、台积电、三星与中国市场

传感器技术 2020-12-03
  • ASML已完成1nm芯片EUV光刻机设计,并加强与台积电和三星的合作

  • ASML对中国大陆市场出口持开放态度,EUV等出口许可证

 

——ASML已完成1nm芯片EUV光刻机设计

 

202011月中旬,日本东京举行了 ITFIMEC Technology Forum,. ITF)论坛。在论坛上,与荷兰商半导体大厂艾司摩尔ASML 合作研发半导体光刻机的比利时半导体研究所(IMEC)正式公布了 3 纳米及以下工艺的在微缩层面的相关技术细节。

 

根据其所公布的内容来看,ASML 对于 3 纳米、纳米、1.5 纳米、1纳米,甚至是小于 1 纳米的工艺都做了清楚的发展规划,代表着ASML 基本上已经能开发 1 纳米工艺的光刻设备。

 

在论坛中,IMEC 公司总裁兼首席技术官 Luc Van den hove 在主题演说中先介绍了公司研究概况,强调透过与 ASML 的紧密合作,以及将下一代高辨识率极紫外光 (EUV) 光刻技术进行了商业化。IMEC公司强调,将继续把工艺规模缩小到1nm及以下。包括日本在内的许多半导体公司相继退出了工艺小型化,声称摩尔定律已经走到了尽头,或者说成本太高,无利可图。

根据台积电和三星电子介绍,从 7 纳米工艺技术开始,部分工艺技术已经推出了 NA=0.33  EUV 光刻设备,纳米工艺技术也达成了频率的提升,但对于 2 纳米以后的超精细工艺技术,则还是需要能够达成更高的辨识率和更高 NA NA=0.55 的光刻设备。

 

IMEC介绍,ASML已经完成了作为NXE:5000系列的高NA EUV光刻系统的基本设计,但商业化计划在2022年左右。这套下一代系统将因其巨大的光学系统而变得非常高大,很有可能顶在传统洁净室的天花板下。

 

ASML目前在售的两款极紫外光刻机分别是TWINSCAN NXE:3400BTWINSCAN NXE:3400C3600D计划明年年中出货,生产效率将提升18%

 

ASML过去一直与IMEC紧密合作开发光刻技术,但为了开发使用高NA EUV光刻工具的光刻工艺,在IMEC的园区里成立了新的“IMEC-ASMLNA EUV实验室”,以促进共同开发和开发使用高NA EUV光刻工具的光刻工艺。该公司还计划与材料供应商合作开发掩模和抗蚀剂。

 

Van den hove最后表示:“逻辑器件工艺小型化的目的是降低功耗、提高性能、减少面积、降低成本,也就是通常所说的PPAC。除了这四个目标外,随着小型化向3nm2nm1.5nm,甚至超越1nm,达到亚1nm,我们将努力实现环境友好、适合可持续发展社会的微处理器。”他表示,将继续致力于工艺小型化,表现出了极大的热情。

 

——台积电大规模购买EUV光刻机,保持业界领先地位

 

近期媒体报道,台积电表示其部署的极紫外光(EUV)光刻工具已占全球安装和运行总量的50%左右,这意味着其使用的EUV机器数量超过了业内其他任何一家公司。为了保持领先,台积电已经下单订购了至少13ASMLTwinscan NXE EUV光刻机,将会在2021年全年交付,不过具体的交付和安装时间表尚不清楚。同时,明年台积电实际需求的数量可能是高达1617EUV光刻机。


目前,台积电使用ASMLTwinscan NXE EUV光刻机在其N7+以及N5节点上制造芯片,但在未来几个季度,该公司将增加N6(实际上将在2020年第四季度或2021年第一季度进入HVM)以及同样具有EUV层的N5P工艺。台积电对EUV工具的需求正在增加是因为其技术越来越复杂,更多地方需要使用极紫外光刻工具处理。台积电的N7+使用EUV来处理最多4层,以减少制造高度复杂的电路时多图案技术的使用。

 

根据ASML的官方数据,2018年至2019年,每月产能约4.5万片晶圆(WSPM),一个EUV层需要一台Twinscan NXE光刻机。随着工具生产效率的提高,WSPM的数量也在增长。如果要为一个准备使用N3或更先进节点制造工艺的GigaFab(产能高于每月10万片)配备设备,台积电在该晶圆厂至少需要40EUV光刻设备。

 

ASML最新推出的Twinscan NXE:3400BNXE:3400C光刻系统价格相当昂贵。早在10月份,ASML就透露,其订单中的4EUV系统价值5.95亿欧元(约合7.03亿美元),因此单台设备的成本可能高达1.4875亿欧元(1.7575亿美元)。也就是说,13EUV设备可能要花费台积电高达22.84亿美元。

 

但在EUV工具方面,钱并不是唯一的考虑因素。ASML是唯一生产和安装EUV光刻机的公司,它的生产和安装能力相对有限。在对其生产工艺进行调整后,该公司认为可以将单台机器的周期缩减到20周,这样一来,每年的产能将达到4550套系统。

 

2020年前三季度,ASML已经出货了23EUV光刻机,预计全年销售量比2020年原计划的35台少一点。截至目前,ASML已累计出货83台商用EUV光刻机(其中包括2015年第一季度至2020年第三季度销售的NXE:3350BNXE:3400BNXE:3400C)。如果台积电官方关于拥有全球已安装和运行Twinscan NXE光刻机中约50%这个说法是正确的,那么目前可能已经拥有3040EUV光刻机。

 

台积电不是唯一采购大量EUV光刻机的半导体制造商。三星目前只使用EUV工艺来生产其7LPP5LPE SoC以及一些DRAM,但随着三星晶圆厂扩大EUVL工艺在生产上的应用,三星半导体也提高了基于EUV工艺的DRAM的生产,最终将不可避免地采购更多的Twinscan NXE光刻机。预计英特尔也将在2022年开始使用其7nm节点生产芯片时,将开始部署EUVL设备,很可能在未来几年成为EUVL设备的主要采用者之一。

 

未来几年全球对EUV光刻机的需求只会增加,但从目前的情况来看,在未来一段时间内,台积电仍将是这些光刻设备的主要采购者,三星和英特尔将紧随其后。

 

——三星加强与ASML的技术和投资合作

 

近日,包括CEO Peter Burnink在内的ASML高管于访问了三星的半导体工厂,讨论了在EUV光刻机供应和开发方面的合作。

 

ASML高管与三星副董事长金基南进行了会谈。业内人士认为,三星在此次会谈中要求ASML供应更多的EUV光刻机,并讨论了双方在开发下一代EUV光刻机方面的合作。

 

 

据悉,三星需要更多的EUV光刻机来扩大其在全球晶圆制造市场的份额。然而,作为世界上唯一的EUV光刻机制造商,ASML向台积电提供的设备要多于三星。因此三星希望与ASML建立技术联盟,以确保下一代EUV光刻机的供应。对于ASML来说,与三星的投资合作是必要的,因为开发下一代EUV光刻机需要大量投资。

 

该报道指出,三星希望投资开发高数值孔径的EUV光刻机,以提高半导体微制造所需的电路分辨率。该设备的价格预计为每台5000亿韩元,比目前的EUV设备高出23倍。ASML计划在2023年年中推出该设备的原型,三星则希望优先获得ASML的供应,以在技术上领先台积电。

 

不过,三星一位官员表示,会议并没有做出具体的投资决定。他说,ASML高管到访三星是为了回应李在镕10月份访问ASML总部。另有消息称,ASML的高管此次还会面了SK海力士总裁李石熙,双方讨论了扩大UV设备供应和促进合作的途径。

 

——对中国大陆出口持开放态度,EUV等出口许可证

 

202011月上旬, ASML全球副总裁、中国区总裁沈波透露,2020年二、三季度,该公司发往中国大陆地区的光刻机台数超过了全球总台数的20%。然而在2020年的进博会上,ASML仅展示了DUV光刻机,并没有展示新的EUV光刻机。

 

对此,沈波表示,EUV光刻机目前还在等荷兰政府的出口许可证。该公司须在遵守法律法规的前提下进行光刻机出口。沈波强调,该公司对向中国出口光刻机保持很开放态度。自30年前进入中国市场以来,该公司在中国总计为客户提供了700多台装机。


来源:中国半导体论坛

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