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來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 ASML一直處于高度戒備狀態(tài)。 去年，該公司兩次提高了生產(chǎn)目標：它希望到 2025 年出貨約 600 臺 DUV 和 90 臺 EUV 光刻機，而去年分別為不到 200 臺和 35 臺。 ASML很典型的一周是，數(shù)百人在 Veldhoven 開始他們的新工作。由于持續(xù)的芯片短缺，交付問題每天都在發(fā)生。更不用說像今年年初柏林工廠發(fā)生火災(zāi)這樣的挫折，導(dǎo)致 EUV 晶圓夾具的生產(chǎn)暫時癱瘓。 盡管如此，Martin van den Brink（編者注：ASML首席技術(shù)官）還是很滿足和放松的。EUV 光刻機的生產(chǎn)力還沒有達到客戶的預(yù)期，但幾年來，EUV 光刻機已經(jīng)成為世界上最先進芯片的生產(chǎn)過程中不可或缺的一部分。 “經(jīng)過比計劃多十年的努力，這讓我松了一口氣。”Martin van den Brink說。 最新一代的 EUV 設(shè)備——High NA 系統(tǒng)的開發(fā)也進展順利。“今天下午我參觀了工廠車間。那臺機器是我職業(yè)生涯中的一個亮點，”van den Brink在他的辦公室里說道，其中展出了一系列平版印刷制品。 根據(jù) ASML 的路線圖，世界上第一臺High-NA 光刻機的交付日期是明年某個時候，Van den Brink 認為這個目標將會實現(xiàn)，盡管供應(yīng)鏈問題仍可能會打亂時間。 事實證明，van den Brink甚至或多或少地規(guī)劃了未來十年的技術(shù)路線。這可能是他對 ASML 的最后一次戰(zhàn)略貢獻，因為這位與公司并肩作戰(zhàn)多年的高管預(yù)計將于 2024 年退休。 無論如何，現(xiàn)在van den Brink的任何事情似乎都是可以管理的——幾乎一切照舊，對于一家組裝世界上最復(fù)雜的生產(chǎn)機器的公司來說，這是可能的。唯一似乎困擾van den Brink的是他的辦公椅。“看看這個爛東西。它有太多的調(diào)整選項，”他坐下時抱怨道，示范性地搖晃著扶手。 微不足道 五年前van den Brink與他的來訪者交談時，他的心情同樣好。在仍然需要所有人齊心協(xié)力才能讓 EUV 走上正軌的時候，他已經(jīng)推進了他的High-NA 計劃。ASML 的管理和監(jiān)事會支持所需的十億美元投資，關(guān)鍵光學(xué)合作伙伴蔡司也加入了進來。“他們一開始并不想，”Van den Brink 承認。 “當(dāng)時，我認為High NA 將是 EUV 的最后一個 NA。但存在相當(dāng)大的風(fēng)險，因為它來得太晚，沒有足夠的時間周期來收回投資。我覺得在我們明確 EUV 之前，我們不能推遲高數(shù)值孔徑的開發(fā)。” “光刻技術(shù)的過渡期非常糟糕。如果你搞砸了，事情就會變得混亂。尤其是現(xiàn)在這個組織已經(jīng)變得這么大，我感到責(zé)任重大。我非常偏執(zhí)。我們有一個成功的提議嗎？我們能搞定這件事嗎？” Van den Brink 最終確信高數(shù)值孔徑是正確的前進方向，并贏得了懷疑論者的支持。 但他忽略了一件事。“在我的傲慢中，我認為客戶們會排隊，但這確實不容易。” 2018 年 4 月左右，一切就緒。EUV 在大批量生產(chǎn)中蓄勢待發(fā)，不久之后，第一批High NA 系統(tǒng)訂單接踵而至。從那時起，另一個過渡期的準備工作總體上相當(dāng)順利。這位首席技術(shù)官透露，這比以前的任何光刻轉(zhuǎn)換都“容易得多”。 “為什么？首先，我們現(xiàn)在對 EUV 光子的作用有了很好的了解。今天，我們?nèi)匀辉诙滩ㄏ到y(tǒng)的穩(wěn)定性方面存在問題，并且生產(chǎn)力沒有達到標準。但我們需要理解和清理的主要物理問題——基本上已經(jīng)被我們拋在腦后了。” 此外，在任何光刻轉(zhuǎn)換中，ASML 都需要依賴外部的創(chuàng)新。“光刻膠發(fā)生變化，掩模發(fā)生變化，你會得到新類型的缺陷。這些東西都會影響基礎(chǔ)設(shè)施。對于High NA，基礎(chǔ)設(shè)施的變化相對來說微不足道。因此所涉及的風(fēng)險要低得多。” 絕望 Van den Brink 表示，到目前為止，開發(fā)High NA 技術(shù)的最大挑戰(zhàn)是為 EUV 光學(xué)器件構(gòu)建計量工具。High NA 反射鏡的尺寸是其前身的兩倍，需要將其平整度控制在20 皮米內(nèi)。這需要在一個“可以容納半個公司”的真空容器中進行驗證。 “構(gòu)建這個工具的問題是你不能確定它是否足夠準確。你可以做各種各樣的測試來提供一些保證，但你永遠不能完全確定。這就是我們現(xiàn)在所處的階段。我們認為它有效，但要等到明年我們拿到第一支鏡頭，真相才會浮出水面。” 如果鏡頭不符合規(guī)格，我們將采取緊急程序。“我們有備用計劃。如果它不起作用，我們有足夠的自由度來修復(fù)它。我們可以在一定范圍內(nèi)重新拋光表面并在必要時更換單個鏡子。” 一個 EUV 鏡頭由幾個反射鏡組成——確切的數(shù)量是商業(yè)機密。 最后，van den Brink不想低估一個比典型公交巴士更大的系統(tǒng)的復(fù)雜性。“這是一個怪物。過去，一臺光刻機需要幾百千瓦。 對于 EUV，它是 1.5 兆瓦（megawatts），主要是因為光源。我們?yōu)镠igh NA 使用相同的光源，但需要額外的 0.5 兆瓦。我們使用水冷銅線為其供電，并因此推動了很多工程的進步。” 盡管如此，Van den Brink 并沒有看到任何阻礙，盡管供應(yīng)鏈問題使日程表變得模糊不清。“時機有點問題。High NA機器包含我們在生產(chǎn)系統(tǒng)中使用的相當(dāng)多的組件，今天的meal優(yōu)先于明天的meal。就時間而言，這仍然是一個危機項目，但我相信到明年年底我們會走得很遠。” 第一個系統(tǒng)將留在 Veldhoven，ASML 和 Imec 已經(jīng)在那里建立了一個聯(lián)合High NA 研究實驗室。我們計劃2024年讓客戶擁有自己的機器進行研發(fā)，次年將交付第一批大批量制造工具。 這將在很大程度上免除 ASML 的客戶因 EUV 開發(fā)延遲而造成的困難時期。 “他們越來越絕望，就這么簡單，”van den Brink在 2017 年表示，他指的是他的客戶宣布將 EUV 投入生產(chǎn)。必須使用兩個或更多 193 納米（浸沒）曝光步驟進行圖案化的芯片層數(shù)量越來越多，以至于半導(dǎo)體制造商繼續(xù)使用 EUV 光刻機，盡管它們當(dāng)時其生產(chǎn)力并不高。 盡管在 EUV 中已經(jīng)使用了多重圖案——順便說一句，并非出于光刻的需要——但在這種不舒服的情況出現(xiàn)之前，預(yù)計可生產(chǎn)的High NA 光刻機就會出現(xiàn)。“客戶并不絕望。但是，公平地說，如果High NA 現(xiàn)在準備好了，他們就會使用它。” 一切都值得 除了讓High NA EUV光刻機盡快推出，ASML 目前的首要任務(wù)是繼續(xù)降低 EUV 和High NA 圖案化的成本。Van den Brink 認為，這還需要十年的努力。 “只要性能還沒有達到 193 納米光刻的水平，就有很大的改進空間。我們?nèi)匀豢梢栽谵D(zhuǎn)變獲得很多收益，例如，可能是兩倍。而且我們還沒有從光學(xué)中擠出每一納米的分辨率。使用 193 納米光刻機，由于照明系統(tǒng)的操作，我們處于極限。EUV 光刻機還沒有同樣的復(fù)雜程度。” ASML 還將繼續(xù)專注于整體光刻技術(shù)。這套計量和計算技術(shù)使芯片制造商能夠?qū)ζ渲圃爝^程保持嚴格的控制。這降低了缺陷率，就像提高生產(chǎn)力一樣，降低了成本。 然而，半導(dǎo)體界迫切想知道的是，高數(shù)值孔徑是否會獲得繼任者。ASML 的技術(shù)副總裁 Jos Benschop 已在去年的 SPIE 高級光刻會議上透露，可能的替代方案，即降低波長不是一種選擇。這與角度有關(guān)：EUV 反射鏡反射光的效率很大程度上取決于入射角。波長的降低會改變角度范圍，使得透鏡必須變得太大而無法補償。 這種現(xiàn)象也會隨著鏡頭孔徑（numerical aperture，NA）的增加而出現(xiàn)。那么NA是否有可能再次增加？van den Brink證實，ASML 正在研究此事。 但是，就個人而言，他不相信 hyper-NA 會被證明是可行的。“我們正在研究它，但這并不意味著它會投入生產(chǎn)。多年來，我一直懷疑 high-NA 將是最后一個 NA，這種信念沒有改變。” 對于“標準”EUV，NA 是 0.33，對于High NA，它是 0.55，對于hyper-NA，它會“高于 0.7，也許是 0.75。理論上是可以做到的。從技術(shù)上講，這是可以做到的。但是更大的鏡頭市場還有多少空間呢？我們甚至可以出售這些系統(tǒng)嗎？ 我對High NA 偏執(zhí)，我對hyper-NA更加偏執(zhí)。如果hyper-NA的成本增長得像我們在High NA 中看到的那樣快，那么它在經(jīng)濟上幾乎是不可行的。盡管這本身也是一個技術(shù)問題。而這正是我們正在研究的。” 因此，hyper-NA 研究計劃的主要目標是提出智能解決方案，使技術(shù)在成本和可制造性方面保持可控。 Van den Brink 不想建造更大的怪物，他說，他指著他收藏的計量容器的微型版本，但也提到了鏡頭等光刻機組件。“我們正試圖在制造和設(shè)計方面做出根本性的改變，以確保如果我們要這樣做，它在經(jīng)濟上是可行的。” “所以這與我們的High NA 方法大相徑庭。我們將確保實現(xiàn)高數(shù)值孔徑。對于超 NA，我們承認可能存在無法克服的成本限制，至少因為晶體管縮小速度正在放緩。 由于系統(tǒng)集成，繼續(xù)開發(fā)新一代芯片仍然是值得的——這是個好消息。但在這一點上，問題變得非常現(xiàn)實：哪些芯片結(jié)構(gòu)太小而無法經(jīng)濟地制造？” |
