数十年的光刻技术，High-NA EUV或成为终点？

Hyper-NA EUV会来吗？

ASML 首席技术官 Martin van den Brink 认为，经过数十年的光刻技术创新，High-NA EUV 可能会成为终点。

ASML在2021年两次提高了生产目标：希望到 2025 年出货约 600 台 DUV 和 90 台 EUV ，而2021年出货量分别为不到 200 台和 35 台。由于持续的芯片短缺，交付问题每天都在发生。今年年初柏林工厂发生火灾这样的挫折，这使 EUV 晶圆夹具的生产暂时瘫痪。

尽管EUV的生产力还没有达到客户的预期，但几年来，EUV 已经成为世界上最先进芯片的生产过程中不可或缺的一部分。最新一代的 EUV 设备High-NA系统的开发也进展顺利。根据 ASML 的路线图，世界上第一台High-NA EUV的交付日期是2023年，尽管供应链问题仍可能会打乱时间，Van den Brink 认为这个目标将会实现。

 关于High-NA EUV

2018 年 4 月左右，一切就绪。EUV 在大批量制造中正蓄势待发，不久之后，第一批High-NA 系统的订单就来了。从那时起，另一个过渡期的准备工作总体上相当顺利。Van denBrink透露，这比以前的任何光刻转换都“容易得多”。

“为什么？首先，我们现在对 EUV 光刻的作用有了很好的了解。今天，我们仍然在短波系统的稳定性方面存在问题，并且生产力没有达到标准。但我们需要理解主要物理问题。”在任何光刻转换中，ASML 都需要依赖外部的创新。“抗蚀剂发生变化，掩模发生变化，会出现新类型的缺陷。这些东西都会影响基础设施。对于High-NA，基础设施的变化相对来说微不足道。因此所涉及的风险要低得多。”

Van den Brink 表示，到目前为止，开发High-NA技术的最大挑战是为 EUV 光学器件构建计量工具。High-NA反射镜的尺寸是其前身的两倍，需要在 20 皮米内平整。这需要在一个“可以容纳半个公司”的真空容器中进行验证，该容器位于蔡司。

“构建这个工具的问题是你不能确定它是否足够准确。你可以做各种各样的测试来提供一些保证，但你永远不能完全确定。这就是我们现在所处的阶段。我们认为它有效，但要等到明年我们拿到第一支镜头，才会知道实物如何。”如果镜头不符合规格，将采取紧急程序。“我们有备用计划。如果它不起作用，我们有足够的能力来修复它。我们可以在一定范围内重新抛光表面并在必要时更换单个镜子。” 一个 EUV 镜头由几个反射镜组成——确切的数量是商业机密。

最后，不要低估一个比典型公交巴士更大的系统的复杂性。“EUV是一个怪物。过去，一台光刻机需要几百千瓦。对于 EUV，它是 1.5 兆瓦，主要是因为光源。我们为High-NA使用相同的光源，但模组需要额外的 0.5 兆瓦。我们使用水冷铜线为其供电，这推动了很多工程。”

尽管供应链问题使日程表变得模糊不清，Van den Brink 认为出货没有什么阻碍。“时机有点问题。High-NA机器包含我们在生产系统中使用的相当多的组件，解决当下的问题更为重要。就时间而言，这仍然是一个危机项目，但我相信到明年年底我们会取得不错的成果。”

 下一代光刻技术是Hyper-NA吗

ASML 和 IMEC已经在那里建立了一个联合High-NA研究实验室。2024 年，计划是让客户拥有自己的机器用于研发目的。次年，将交付第一批大批量制造工具。这将在很大程度上免除 ASML 的客户因 EUV 开发延迟而造成的困难时期。Van den Brink在 2017 年表示“客户们越来越绝望”，必须用两个或多个193 nm图案化的芯片层的数量（浸入式）曝光步骤变得如此之高，以至于半导体制造商们不顾EUV扫描仪当时差强人意的生产力，继续采用EUV。

ASML 目前的首要任务是继续降低 EUV 和High-NA图案化的成本。Van den Brink 认为，这还需要十年的努力。“只要性能还没有达到 193 nm光刻的水平，就有很大的改进空间。我们仍然可以在传输中获得很多收益，可能是两倍。而且我们还没有从光学中挤出每一纳米的分辨率。使用 193 nm扫描仪，由于照明系统的操作，我们处于极限。EUV 还没有同样的复杂程度。”ASML 还将继续专注于整体光刻技术。这套计量和计算技术使芯片制造商能够对其制造过程保持严格的控制。这降低了缺陷率，就像提高生产力一样，降低了成本。

半导体界迫切想知道的是，High-NA是否会获得继任者。ASML 的技术副总裁 Jos Benschop 已在去年的 SPIE 高级光刻会议上透露，可能的替代方案，即降低波长的新步骤，不是一种选择。这与角度有关：EUV 反射镜反射光的效率很大程度上取决于入射角。波长的降低会改变角度范围，使得透镜必须变得太大而无法补偿。

这种现象也会随着NA的增加而出现。那么NA是否有可能再次增加？Van den Brink表示，ASML 正在调查此事。但是，就个人而言，他不相信 Hyper-NA 是可行的。“我们正在研究它，但这并不意味着它会投入生产。多年来，我一直怀疑 High-NA 将是最后一个 NA，这种信念没有改变。”

对于“标准”EUV，NA 是 0.33，对于高 NA，它是 0.55，对于Hyper-NA，它会“高于 0.7，也许是 0.75。理论上是可以做到的。从技术上讲，这是可以做到的。但是更大的镜头市场还有多少空间呢？这不仅是一个技术问题，如果Hyper-NA 的成本增长得像我们在High-NA中看到的那样快，那么它在经济上几乎是不可行的。”

Hyper-NA 研究计划的主要目标是提出智能解决方案，使技术在成本和可制造性方面保持可控。Van den Brink 不想建造更大的设备，他说，“我们正试图在制造和设计方面做出根本性的改变，以确保如果我们要制造Hyper-NA设备，在经济上是可行的。对于Hyper-NA，在摩尔定律放缓的当下，仍存在无法克服的成本限制。由于系统集成，继续开发新一代芯片仍然是值得的。但一个现实的问题是：哪些芯片结构太小而无法经济地制造？”

编辑：黄飞