目前,我国正在开发DUV浸没式光刻机,而极紫外EUV光刻机目前鲜有报道。今天,我们再梳理一下我国在EUV光刻机上和ASML的差距。
我们知道,EUV光刻机在20年的发展历史上,曾经出现5代技术,包括早期的二镜头演示系统MET,以及4镜头的ADT工具。直到2006年出现第一台6镜头EUV试验型光刻系统,它的数值孔径NA是0.25。此后ASML将6镜头EUV光学系统升级到NA 0.33,也就是目前的第一代标准型EUV光刻机。

所以EUV光刻机的迭代,基本上是按照EUV光刻机的光学系统迭代为基础完成的:更高的数值孔径,意味着更高的分辨率;同时意味着更大、更精密的镜头,以及更高的制造成本。
目前ASML销售的主流EUV光刻机是第一代标准型产品,而即将推出第二代高数值孔径(NA>0.5)EUV光刻机。

然而,就在第二代高数值孔径EUV光刻机还没有出货的时候,我们可以可以发现,国外半导体行业已经开始了第三代EUV光刻机的预研!
在本周即将举行的国际光学和光子学学会SPIE 2023年度半导体行业盛会--先进光刻和图案化会议的议程里,我看到了半导体界著名的研究机构、比利时IMEC的一个报告:
超NA EUV光刻。

这个报告摘要提到,这是一个研究下一代NA>0.55 EUV光刻机技术路线的工作。
该工作的报告人是在IMEC进行博士学位研究的Inhwan Lee。Lee毕业于韩国,曾经在SK海力士的研发部进行EUV光刻成像研究。近期Lee开始在IMEC进行超NA EUV光刻机的预研工作。
目前,第三代EUV光刻机考虑的NA数值可能是0.7或者0.75;这意味着,我们的EUV光刻机代差可能还在加剧。

如果我们从ASML 2010年出货第一台第一代EUV光刻机系统算起,一直到2019年,第一代EUV光刻机技术才开始用于5纳米工艺节点的大规模量产。
从2010年开始, ASML用了10年时间完善了第一代EUV光刻机系统 ,并且在2020年实现出货第100台EUV光刻机的目标!

2010年EUV系统首次出货

ASML 2020年发货第100台EUV光刻机
而对于ASML正在开发的可用于2纳米工艺节点第二代高数值孔径EUV光刻机,它的NA为0.55。值得一提的是,尽管ASML已经收到多家半导体晶圆厂的高数值孔径EUV光刻机订单,但预计第一个高数值孔径试验型机器2023年才会上线,而高数值孔径量产型设备在2025年才会上线,其大批量生产预计在2026年。
如果我们考虑到2016年ASML便开始启动第二代高数值孔径EUV光刻机的项目,那么 ASML也花了10年时间才实现第二代EUV光刻机的大规模量产 。
而如果算上预研时间,第二代EUV光刻机从开发到实现大规模量产也用了15年。

如今,第二代EUV光刻机刚刚迎来胜利的曙光的时候,全球半导体界对于第三代超数值孔径EUV光刻机的期望,也已经被提上日程。
我们从国际半导体技术路线图可以看到,如果基于ASML的第二代高数值孔径EUV光刻机,逻辑节点实际上已经命名到了2037年的0.5纳米。当然,虽然逻辑节点的命名是从1.5纳米到1纳米、0.7纳米和0.5纳米,但是它们的最小金属半间距都是8纳米,所以都在高数值孔径EUV光刻机的分辨能力之内的。
所以,我们大概可以判断,国外半导体界仍然保持了提前15年进行下一代超数值孔径EUV光刻机的预研;所以根据这个时间节点进行推算, 有可能在2027年左右,也就是4年之后,行业会大致确定第三代EUV光刻机的技术路线 。
那么,我们有弯道超车的机会吗?

当然,由于第二代EUV光刻机还没有正式量产;所以目前对于第三代超数值孔径EUV光刻机的商用化观点,除了技术性的障碍外,另一个核心的考虑是其经济性--它的制造和使用成本可能会过高。
不过,如果我们回到20年前,当时在EUV光刻机和短波长DUV光刻机的成本上也有过争议。但是事实证明了,随着摩尔定律的指数级发展,先进生产力工具的成本会被其技术价值全面超越。

就在我撰写这篇文章的时候,一直不被看好的台积电3纳米(N3)工艺,迎来了新的进展--其产能已经被苹果100%占据。
所以,从产业发展的角度而言,我对第三代超数值孔径EUV光刻机的发展还是比较看好的。大家怎么看呢?
