迈入3纳米,EUV与相关周边设备也须跟上芯片制造商脚步才是关键

台积电与三星规划2022年进入3纳米(nm)量产阶段,而半导体厂商为了进入3nm以及更先进制程,都积极抢夺极紫外光(EUV )光刻机设备,但是一台造价高达3亿美元的设备,到底能否即时推出,ASML也不能给出答案。

2021年,ASML将提供为EUV扫描仪进行升级版,并且在蓝图中添加了另一个系统。ASML为下一代EUV扫描仪取了一个名称high-NA EUV 。根据ASML表示其新的光阻剂和光罩仍正在研发中。为了抢夺EUV市场,现今一些半导体设备供应商也正在开发新EUV相关设备。

迈入3纳米,EUV与相关周边设备也须跟上芯片制造商脚步才是关键

图、High-NA EUV蓝图

EUV在5nm芯片的线路图案(Pattern)技术下,使用单一图案化方法,即可透过光罩将线路图印在晶圆上。但是到了3nm制程之时,同一种方法不再适用,因此晶片厂商有两种选择。

第一个选择是通过EUV双重图案化。第二个选择,则是等待ASML开发出high-NA EUV系统,让制程变得更为简单化。可是high-NA系统不仅复杂又昂贵,而且刚刚推出时还存在一些风险.这表示着一旦ASML研发不顺利,很可能拖延3 nm甚至更高制程的晶片推出时间。更重要得是,high-NA EUV系统必须等到2024年才能够帮助3nm,这对于三星与台积电想抢在2022年采用3nm制程是一大障碍。

因此,晶片制造商别无选择,只能采用EUV双重图案化的方式,让晶片分为通过两次光罩,然后将其印在晶圆上。这也是为什么同一时间ASML也在研发EUV多重图案化的方案。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

基本上,EUV双重图案化需要在晶圆中执行更多制程步骤,这会影响到扫描仪的吞吐量。因此,晶片制造商需要更快速的EUV系统。目前ASML在其蓝图中增加了两台多的0.33 NA EUV扫描仪。这是现今EUV扫描仪的升级版。第一个系统称为NXE:3600D,吞吐量为160 wph。该工具计划于2021年中推出。下一个工具的吞吐量为220 wph,计划于2023年推出。

但是长期来说,3nm以及更先进制程仍需要high-NA EUV,以恢复到更简单化的单一图案模式方法。这不仅可以降低成本还能够强化生产效率。目前ASML第一个high-NA EUV,称为EXE:5000,吞吐量可达185 wph,计划于2022年推出。至于更快版本的EXE:5200是预计于2024年推出。

根据投资银行KeyBanc预估,现今一台的EUV扫描仪的成本为1.534亿美元,可是一台high-NA EUV扫描仪的成本却高达约3.186亿美元。更重要的是,除了EUV之外,光阻剂、蚀刻,以及进入线路图案之前的涂布显影设备(Coater Developer)都很重要,因此未来3nm与更先进制程之战,还有得瞧!

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