孔徑數自 0.33 到 0.7，一手掌握 ASML EUV 發展布局

根據《semiwiki》的報導指出，在 2022 SPIE 高階微影曝光大會上，極紫外光微影設備（EUV）大廠艾司摩爾（ASML）進一步介紹了 EUV 的最新進展。從這次的說明中，大家可以了解到 EUV 的發展過程，以及未來的發展計畫，這些計畫將對於半導體先進製程的發展具關鍵性影響力。

根據 ASML 的介紹，當前孔徑數 0.33 的 EUV 是現階段的半導體先進製程使用主力，先進的邏輯和 DRAM都在使用孔徑數 0.33 的 EUV 系統以進行大規模的生產。以典型的 5 奈米製程技術為例，2021 年在邏輯晶片上的應用，是必須使用到 10 層以上 EUV 光罩。而到 2023 年 3 奈米製程正式量產之際，將會使用到 20 層的 EUV 光罩，而 DRAM 目前的 EUV 光罩數大約是 5 層，不久之後 DRAM 大約會應用上 8 層的 EUV 光罩。最終，其中部分曝光因為需要多重圖像化的情況之下，使每個晶圓光罩使用的數量將則可能達到 10 層。

在邏輯晶片與 DRAM 開始逐漸廣泛使用 EUV 設備的情況下，截至 2022 年第一季，ASML 已出貨 136 個 EUV 系統，為約 7,000 萬片的晶圓進行曝光微影的工作。也隨著半導體製程對 EUV 設備的應用越來越深，讓 EUV 設備不斷推陳出新，使得可靠度也進一步提升。ASML 表示，當前的 NXE:3400C 可靠度低於 90%，新一代的 NXE:3600D 則能達到 93% 的可靠性，這數字接近先前深紫外光曝光（DUV）微影設備 95% 的可靠度。另外，NXE:3600D 每小時可生產 160 片晶圓，速度為 30mJ/cm²，這比 NXE:3400C 高 18%。而當前正在開發的 NXE:3800E 初期預計將能達到 30mJ/cm² 的速度，提供大於每小時 195 片晶圓的產能，最後還將進一步提升到每小時 220 片晶圓的速度。

整體來說，藉由報導可以看出 ASML 在孔徑數 0.33 的 EUV 微影曝光設備領域，現階段正在努力改進設備的產能與產品功耗情況，預計到 2025 年左右推出產能約為每小時220 片的的 NXE:4000F 機種。而且 ASML 本身也將持續提高生產 EUV的產能，預計以增加 10%~20% 的產能幅度，並預計在 2025 年將首部 NXE:4000F 曝光微影設備交貨。

報導表示，而就在 ASML 努力增產孔徑數 0.33 的 EUV 時刻，目前也在開發下一代孔徑數 0.55 的新一世代High-NA EUV 曝光微影設備。而從相關資料可以看出，孔徑數 0.33 的 High-NA EUV 從 2010 年原型機問世到 2019 年量產機出貨大約用了 10 年時間。所以，如果相關報導屬實，那就代表著孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 設備從 2023 原型機問世到 2026 年的量產機出貨則已經縮短了時間，只需要短短的三年就能客戶使用。其中，英特爾已經表示、將在 2025 年使用孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 設備之後，台積電在日前也宣布將在 2026 年使用孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 設備。

事實上，孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 的光學元件要比孔徑數 0.33的EUV要大得多，需要獨特的設計方法。尤其，孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 將具有一個變形鏡頭系統，在一個方向上具有與徑數 0.33的 EUV 相同的 4 倍的縮小率，在正交方向上則具有 8 倍的縮小率。由於 reticle 的尺寸和 8 倍的縮小綠，使得曝光微影的區域尺寸在掃描方向上減半至 16.5 奈米。

而為了更快地推動孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 的使用，ASML 正在和很多研究機構和企業攜手，如 Imec 就是他們一個很重要的合作夥伴。Imec 執行長 Luc Van den hove 表示，Imec 與 ASML 合作開發 High-NA EUV 技術，而 ASML 現在也正在發展孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 的首部 EXE:5000 系統的原型機。EXE:5000 系統與現有的 EUV 系統相比，在預計將能在減少曝光顯影次數的情況下，達成 2 奈米以下邏輯晶片的關鍵特徵圖像化。

另外，為了建立孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 設備生態系，Imec 持續提升當前孔徑 0.33 EUV 微影技術的投影解析度，以借此預測光阻劑塗層薄化後的成像表現，達成微縮線寬、導線間距，以及接點精密圖案的轉移等。同時，Imec 也持續攜手材料供應商，一同展示新興光阻劑與塗底材料的測試結果，以期望在 High-NA EUV 製程技術中成功達到優異的成像品質。

而 Imec 還進一步提出新製程專用的顯影與蝕刻解決方案，以減少微影圖像的缺陷與隨機損壞的狀況。因此，從這個描述中我們可以看到，對於孔徑數 0.55 的 High-NA EUV ，需要更新的不但是其對應曝光系統，同時還需要在光罩、光阻劑疊層，和圖案轉移技術等方面進行，才能讓新設備應用成為可能。因此，從這個描述中可以看出，使用孔徑數 0.55 的 High-NA EUV之 際需要升級的的不但是 EUV 系統本身，同時還需要在光罩、光阻劑和圖案轉移技術等方面齊頭並進，才能讓新設備應用成為可能。

報導進一步指出，孔徑數 0.55 的 High-NA EUV 還在發展接段，Intel 的 Mark Phillips 已經開始提到 孔徑數 0.7 的 EUV 是不是成為孔徑數 0.55 的 EUV 繼任者的可能性。雖然就當前的狀況來說，ASML 雖然已經排除在孔徑數0.55 的 High-NA EUV 之後開發任何新產品的情況，因為 ASML 必須在 EUV 開發上進行大量投資。但是， Mark Phillips 則指出，ASML 還沒有完全排除 0.7 或更大的孔徑數 EUV 系統開發的可能，當前也在評估研究階段。

總結來說，孔徑數 0.55 的 EUV 是現在半導體先進製程的主要做系統，其也在進行可靠度與工作產能的提升。至於孔徑數 0.55 的 High-NA EUV ，ASML 目前正在研發中，預計 2025 年開始量產，其具有更高的辨識率，幫助半導體先進製程簡化程序來降低生產成本。而更高孔徑數的 EUV 目前只能說在研究當中，而要再接下來 10 年之後才有機會進一步在產線上看到。

（首圖來源：官網)