ASML工厂探秘 3亿美元一台的EUV光刻机首次面世
发布时间：2022-03-29 10:59:54 所属栏目：产品 来源：互联网
导读：当地时间3月23日， 美国消费者新闻与商业频道（CNBC）发布了针对全球光刻机龙头ASML的采访视频，不仅展示了ASML的EUV光刻机工厂，还展示了ASML新一代高数值孔径 (High-NA) EUV光刻机EXE:5000系列。 一、光刻机为何如此重要？ 近年来，随着全球数字化、智能化
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当地时间3月23日， 美国消费者新闻与商业频道（CNBC）发布了针对全球光刻机龙头ASML的采访视频，不仅展示了ASML的EUV光刻机工厂，还展示了ASML新一代高数值孔径 (High-NA) EUV光刻机EXE:5000系列。 一、光刻机为何如此重要？ 近年来，随着全球数字化、智能化进程的加速，全球对于半导体的需求呈现快速增长的态势。 根据半导体研究机构IC Insights 预计，2021年全球半导体产值跃升至6140亿美元，同比大涨25%。2022年全球半导体产值有望达6806亿美元规模，同比将增长11%，创历史新高纪录。 根据SEMI的预测数据显示，预计2021年原始设备制造商的半导体制造设备全球销售总额将达到1030亿美元的新高，比2020年的710亿美元的历史记录增长44.7%。预计2022年全球半导体制造设备市场总额将扩大到1140亿美元。 半导体制造设备可以分为前道设备和后道设备。其中，前道制造设备主要包括光刻机、涂胶显影设备、刻蚀机、去胶机、薄膜沉积设备、清洗机、CMP设备、离子注入机、热处理设备、量测设备；后道制造设备主要包括减薄机、划片机、装片机、引线键合机、测试机、分选机、探针台等。 目前能够制造7nm以下先进制程的EUV光刻机，一台售价约2亿美元，只有ASML一家能够供应，且产能有限。 可以制造2nm先进制程的ASML的新一代高数值孔径 (High-NA) EUV光刻机EXE:5500的售价将更是高达3亿美元。 二、光刻机市场的霸主是如何炼成的？ 1、诞生 ASML的前身是荷兰电子巨头飞利浦的光刻设备研发部门，曾在1973年成功研发出了新型光刻设备（PAS2000的原型），在整体性能研发方面取得一定成功，但由于成本高昂，且存在一系列技术问题，未能最终推出。 同时，由于其他设备商在解决接触式光刻机的缺陷问题上用不同的技术路径取得了突破，飞利浦一度计划要关停光刻设备研发部门。 不过，随后另一家半导体设备厂商ASMI希望与飞利浦合作开发生产光刻机，于是在1984年，双方分别出资约210万美元成立了ASML。 “那时ASML经济困难，没有资金，我们很穷。因为飞利浦公司太大了，没有人看重这个小公司，他们试图做一些疯狂的事情，所以他们忽略了我们。”温宁克说到。 ASML工厂探秘：3亿美元一台的EUV光刻机首次亮相 △彼得·温宁克（Peter Wennink） 在当时的光刻机市场，ASML也还只是一个“无名小卒”。 资料显示，当时市场主要被美国GCA和日本的尼康所占据，二者分别占据了约30%的市场，Ultratech占比约10%，剩下的市场则被Eaton、P&E、佳能、日立等厂商瓜分，不过他们的份额均不到5%。 2、发展 尽管如此，在成立的第一年，ASML成功地推出了首款步进式光刻机PAS2000（基于1973年推出光刻设备的进一步完善，飞利浦最初的210万美注资中有180万美元就是用尚未研发完成的PAS2000充当的）。 1986年，ASML改进了对准系统，推出了PAS2500/10步进型光刻机，同时与德国镜头制造商卡尔蔡司（Carl Zeiss）建立了稳定的合作关系。 1988年，ASML跟随飞利浦在台湾的合资流片工厂台积电开拓了亚洲业务，彼时，刚刚成立不久的台积电为ASML带来了急需的17台光刻机订单，使得ASML的国际化拓展初见成功。与台积电的深度合作，也为此后ASML的高速发展奠定了基础。 当时，ASML在美国有五个办事处，共有84名员工，并在荷兰维尔多芬（Veldhoven）设立了一个新的据点，最终成为该公司的总部。 1990年左右，ASML推出PAS5500系列光刻机，这一设计超前的8英寸光刻机，其采用了模块化设计的光刻系统，可以在同一平台上生产多代先进IC。 PAS5500不仅为ASML带来台积电、三星和现代等关键客户，凭借PAS5500的优势持续获得客户的认可，也为ASML带来了市占率的持续提升和丰厚的盈利。到1994年时，ASML在全球光刻机市场的市占率已经提升至18%。 1995年，ASML分别在阿姆斯特丹及纽约纳斯达克上市。ASML利用上市募集的资金开始进一步加大研发投入并扩大生产规模，扩建了位于荷兰埃因霍温的厂房，现已成为ASML的总部。 3、超越 如果说PAS5500的成功，让ASML成功在光刻机市场有了重要的一席之地，那么ASML在浸没式光刻技术上的成功，则一举击败尼康等头部光刻机厂商，成为全球光刻机市场的龙头老大。 在2000年之前，光刻设备中一直采用的是干式光刻技术，虽然镜头和光源等一直在改进，但始终难以将光刻光源的193nm（DUV，深紫外光）波长缩短到157nm，从而进一步提升光刻机的分辨率。 直到2002年，时任台积电研发副总的林本坚博士提出了一个简单解决办法：放弃突破157nm，退回到技术成熟的193nm，把透镜和硅片之间的介质从空气换成水，由于水对193nm光的折射率高达1.44，那么波长可缩短为193/1.44=134nm，从而可以大幅提升光刻分辨率。 在光源波长及k1不变的情况下，要想提升分辨率，则需要提升n或者sinθ值。由于sinθ与镜头有关，提升需要很大的成本，目前sinθ已经提升到0.93，已很难再提升，而且其不可能大于1,所以提升n就显得更为现实。 因此，在原有的193nm光刻机系统当中增加浸没单元，利用超纯水替换透镜和晶圆表面之间的空气间隙（水在193nm波长时的折射率n=1.44，空气为1），使得光源进入后波长缩短，从而提升光刻分辨率。 基于与台积电的长期深度合作，以及希望通过弯道超车来对尼康等走干式光刻技术路线的头部光机厂商的赶超，ASML当时选择了与台积电合作，走浸没式光刻路线，在2003年开发出了首台浸没式光刻机样机TWINSCAN AT:1150i，成功将90nm制程提升到65nm。 2006年，ASML首台量产的浸入式设备TWINSCAN XT:1700i发布。2007年，AMSL又推出了首个193nm的浸没式系统TWINSCAN XT:1900i。 相对于走干式157nm光刻机路线进行迭代研发的尼康等厂商来说，ASML 193nm浸没式光刻机由于是基于原有的成熟的平台进行改进，不仅成本更低、优化升级更迅速，而且精度更高，良率也更高，受到了客户的普遍欢迎。这也使得ASML通过浸没式光刻机成功实现了技术及市场的双重领先。 虽然尼康后期也开始转向浸没式光刻系统，但是由于时间进度上的大幅落后，也导致了其难以在浸没式光刻系统上实现对ASML的追赶，此后开始迅速走向没落。 4、称霸 使用193nm ArF光源的干式光刻，其可以生产的半导体工艺节点可达45/40nm，而进一步采用浸没式光刻、配合比较激进的可制造性设计（DfM）等技术后，可以生产28nm工艺节点的芯片。而要在193nm浸没式光刻的基础上，进入到更高端制程，就必须采用多重曝光，但其半导体工艺制程也只能达到7nm左右的极限。 虽然193nm浸没式光刻技术解决了此前干式光刻技术面临的光刻光源的波长难以进一步缩短的问题，但是随着工艺制程的继续推进，要想继续提升光刻分辨率，如果不能进一步缩短光源波长，就必须采用多重曝光， 然而使用多重曝光会带来两大新问题：一是光刻加掩膜的成本上升，而且影响良率，多一次工艺步骤就是多一次良率的降低；二是工艺的循环周期延长，因为多重曝光不但增加曝光次数，而且增加刻蚀（ETCH）和机械研磨（CMP）工艺次数等。同时，即便采用了多重曝光，对于193nm浸没式光刻机来说，制造7nm工艺节点的芯片也已经是极限。 （编辑：云计算网_泰州站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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