隨著去年年底首臺高NA EUV光刻系統(tǒng)正式交貨給英特爾，ASML這條新的產(chǎn)品線似乎即將開啟新一輪的先進晶圓制造設(shè)備統(tǒng)治。可正如別的先進技術(shù)一樣，ASML已經(jīng)開始在規(guī)劃下一代的Hyper-NA EUV光刻系統(tǒng)了。
從High-NA到Hyper-NA
在描述光學儀器角分辨率的瑞利準則等式（CD = k1?? λ / NA）中，CD為關(guān)鍵尺寸，又名線寬，代表了光刻工藝中的圖形處理精度。為了進一步提高這一精度，只有從k1（k1系數(shù)）、λ（光源波長）和NA（數(shù)值孔徑）上下手。其中k1是光刻工藝中由多個因素影響的系數(shù)，但其物理極限已經(jīng)被確定在了0.25，所以提高精度的可行方案就被限制在了更小的光線波長和更高的數(shù)值孔徑上。
2022年，ASML宣布了基于0.55NA打造的新一代EUV光刻系統(tǒng)，系列代號為EXE:5000，首個EXE:5000機器打造的芯片將基于英特爾的2nm邏輯工藝節(jié)點。然而，面對延續(xù)摩爾定律的難度越來越高，在埃米時代，即便是0.55NA的系統(tǒng)，很快也會變得不夠看，不少廠商甚至都已經(jīng)開始考慮多重曝光，然而多重曝光是一種良率不高但成本頗高的方案。
為了解決這一問題，在imec舉辦的ITF World 2024大會上，ASML再度宣布下一代EUV光刻系統(tǒng)的路線圖。ASML將從2028年開始打造具備0.75NA的Hyper-NA系統(tǒng)，預(yù)計于2030年開始交付，2030年之后ASML甚至可能會繼續(xù)向0.85NA推進。
HyperNA帶來的挑戰(zhàn)
盡管ASML表示Hyper-NA是未來EUV機器的必行之路，但目前0.75NA的EUV機器尚在可行性研究階段，相關(guān)的研究、系統(tǒng)和材料都還八字沒有一撇。對于更高NA的EUV系統(tǒng)而言，ASML面臨的首個挑戰(zhàn)就是光學系統(tǒng)。
在高于0.55的NA下，偏振方向?qū)饩€影響進一步提高，甚至是抵消了光源發(fā)出的光線。為此，高NA系統(tǒng)中需要加入偏光鏡片，但這種鏡片本身也會阻擋/吸收光線，從而降低系統(tǒng)效率，進一步增加成本。
更重要的是，目前ASML的EUV系統(tǒng)光學系統(tǒng)由蔡司獨家供應(yīng)，因為只有他們擁有打造平坦度極高的EUV反射鏡片。雖然用于更高NA的鏡片還沒有被打造出來，但蔡司表示他們可以在光學上解決這一挑戰(zhàn)。
該系統(tǒng)面臨的另一大挑戰(zhàn)就是光刻膠，目前用于0.55NA EUV光刻系統(tǒng)的光刻膠雖然可以達到厚度要求，但其靈敏度還達不到0.33NA系統(tǒng)所用光刻膠的水準，因此所需的曝光劑量較大，影響了生產(chǎn)效率。而在0.75NA下，勢必需要更薄的光刻膠，屆時也會對光刻膠的材料提出更高的挑戰(zhàn)。不僅如此，光刻膠的三維效應(yīng)也會進一步加劇，光刻膠本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計也要做出改良。
要知道，對于ASML來說，并非造出更高NA的系統(tǒng)后就萬事大吉了，他們也需要和行業(yè)伙伴合作，將每小時的晶圓產(chǎn)量維持在一個相對合理高效的水平。
最后就是成本問題，0.33NA EUV系統(tǒng)的價格在1.2億美元左右，而0.55NA EUV系統(tǒng)的價格則飆升至3億到4億美元。ASML CTO Martin Van den Brink表示，如果Hyper-NA系統(tǒng)的價格增長幅度和0.55NA系統(tǒng)一樣的話，那么哪怕對臺積電這樣的晶圓大廠而言，從經(jīng)濟角度上看也是不可行的。
