ASML将推产能为每小时170片的新一代EUV光刻机

昨天，荷兰***大厂ASML发布了其2018年的财报。数据显示，公司2018全年销售额为109亿欧元，净收入为26亿欧元，预计2019年第一季度销售额约为21亿欧元，毛利率约为40％。

ASML总裁兼首席执行官Peter Wennink还表示：“。在第四季度，我们收到五份EUV订单。2019年，客户有着对30个EUV系统的需求，这些出货量将包括DRAM客户的第一批量产系统。预计2019年我们的EUV扫描仪生产的芯片将开始供消费者和企业使用。”

他们还指出，公司将在今年推出新一代的EUV光刻设备NXE：3400C，规格为每小时170片晶圆，可用率超过90％。该系统将于2019年下半年提供给客户。目前，ASML主流的EUV设备机型是NXE:3400B，在合作伙伴的工厂中已经实现了125WPH的产能。

据ASML介绍，这个新设备是以“NXE:3400B”为基础，首次开发降低重合误差的版本，而在后续的发展则是是以“降低重合误差版本”为基础，开发提高“吐出量”（生产性能）的版本。在持续降低重合误差的同时，ASML还在继续开发提高产能的新版本，ASML还没有公布新版本的型号，出货时间预计在2021年的下半年，新版本应该会承担3nm的量产工作吧。

而据媒体报道，下一代EUV（极紫外）曝光技术的发展正在全面发展，这种技术将使得半导体逻辑和DRAM的小型化和高密度化成为可能。如果发展顺利进行，在2020年下半年，最先进的半导体工艺可以受益于新的设备。他们指出，在“当前一代”EUV曝光技术中，3nm代半导体逻辑有望成为小型化的极限。但在“下一代”EUV曝光技术出来之后，则让2纳米，甚至1.4纳米成为可能。

ASML预估，在2021年底之前将装配NAV为0.55的EUV曝光设备的原型系统，大规模生产系统的出货计划于2024年开始。

EUV光刻技术发展态势

光刻（lithography）为集成电路微细化的最关键技术。当前在16/14nm节点乃至10及7nm节点，芯片制造商普遍还在使用193nm ArF浸润式***+多重成像技术，但采用多重成像技术后将增加曝光次数，导致成本显著上升及良率、产出下降等问题。根据相关企业的规划，在7/5nm节点，芯片生产将导入极紫外（EUV）光刻技术，EUV光刻使用13.5nm波长的极紫外光，能够形成更为精细的曝光图像。芯片厂商计划将EUV光刻应用到最困难的光刻工序，即金属1层以及过孔生成工序，而其他大部分工序则仍将延用193nm ArF浸润式***+多重成像来制作。据EUV***生产商阿斯麦（ASML）称，相比浸润式光刻+三重成像技术，EUV光刻技术能够将金属层的制作成本降低9%，过孔的制作成本降低28%。

EUV光刻的关键技术包括EUV光源和高数值孔径（NA）镜头，前者关乎***的吞吐量（Throughput），后者关乎***的分辨率（Resolution）和套刻误差(Overlay)能力等。目前，全球EUV***生产基本上由荷兰阿斯麦公司所垄断，其最新 NXE:3400B EUV机型，采用245W光源，在实验条件下，未使用掩膜保护膜（pellicle），已实现每小时曝光140片晶圆的吞吐量；该机型在用户端的测试中，可达到每小时曝光125片晶圆的吞吐量，套刻误差2nm；按照阿斯麦公司EUV技术路线规划，公司将在2018年底前，通过技术升级使NXE:3400B EUV机型的套刻误差减小到1.7nm以下，满足5nm制程的工艺需求；在2019年中，采用250W EUV光源，达到每小时145片晶圆的量产吞吐量；在2020年，推出升级版的NXE:3400C EUV机型，采用250W EUV光源达到155片/时的量产吞吐量。总体上，目前的250W EUV光源已经可以满足7nm甚至5nm制程的要求，但针对下一代的EUV光源仍有待开发。据估算，在3nm技术节点，对EUV光源的功率要求将提升到500W，到了1nm技术节点，光源功率要求甚至将达到1KW。

高数值孔径（High-NA）光学系统方面，由于极紫外光会被所有材料（包括各种气体）吸收，因此极紫外光光刻必需在真空环境下，并且使用反射式透镜进行。目前，阿斯麦公司已开发出数值孔径为0.33的EUV***镜头，阿斯麦正在为3nm及以下制程采开发更高数值孔径（NA）光学系统，公司与卡尔蔡司公司合作开发的数值孔径为0.5的光学系统，预计在2023-2024年后量产，该光学系统分辨率(Resolution)和生产时的套刻误差(Overlay)比现有系统高出70%，每小时可以处理 185 片晶圆。

除***之外，EUV光刻要在芯片量产中应用仍有一些技术问题有待进一步解决，如：光刻胶、掩膜、掩膜保护薄膜（pellicle）。

光刻胶方面，要实现大规模量产要求光刻胶的照射反应剂量水平必须不高于20mJ/cm2。而目前要想得到完美的成像，EUV光刻胶的照射剂量普遍需要达到30-40mJ/cm2。在30mJ/cm2剂量水平，250w光源的EUV***每小时吞吐量只能达到90片，显著低于理想的125片。由于EUV光刻产生的一些光子随机效应，要想降低光刻胶的照射剂量水平仍需克服一系列挑战。其中之一是所谓的光子发射噪声现象。光子是光的基本粒子，成像过程中照射光光子数量的变化会影响EUV光刻胶的性能，因此会产生一些不希望有的成像缺陷，比如：线边缘粗糙(line-edge roughness:LER)等。

光掩膜版，EUV光刻使用镜面反射光而不是用透镜折射光，因此EUV光刻采用的光掩膜版也需要改成反射型，改用覆盖在基体上的硅和钼层来制作。同时，EUV光刻对光掩膜版的准确度、精密度、复杂度要求比以往更高。当前制作掩膜版普遍使用的可变形状电子束设备(VSB)，其写入时间成为最大的挑战，解决方案之一是采用多束电子束设备。包括IMS公司、NuFlare公司等已在开发相关多束电子束产品，多束电子束设备能够提高光掩膜版制作效率，降低成本，还有助于提高光掩膜版的良率。未来，大部分EUV光掩膜版仍可以使用可变形状电子束设备来制作，但是对少数复杂芯片而言，要想保持加工速度，必须使用多束电子束设备。

EUV薄膜，EUV薄膜作为光掩膜的保护层，提供阻隔外界污染的实体屏障，可以防止微尘或挥发气体污染光掩膜表面，减少光掩膜使用时的清洁和检验。阿斯麦公司已经开发出83%透射率的薄膜，在采用245W光源，测试可达到100 片晶圆/时吞吐量，阿斯麦的目标是开发出透射率90%的透明薄膜，可承受300W的EUV光源，实现125片晶圆/时的吞吐量。

初期，EUV光刻还是主要应用于高端逻辑芯片、存储芯片的生产，主要芯片企业已相继宣布了各自导入EUV光刻的计划。