在過去的兩天里，關(guān)于光刻機的新聞很多。

一個是ASML說，另一個是下一代的High。 NA 數(shù)值孔徑為0.55的EUV光刻機被稱為生產(chǎn)1nm以下芯片的必備設(shè)備；另一則新聞是ASML在官方x表示，該公司的下一代EUV光刻機已經(jīng)創(chuàng)造了里程碑。

ASML表示：“我們在Veldhoven的高數(shù)值孔徑EUV系統(tǒng)中打印了迄今為止的第一條10納米密集線?？雌饋硎窃诠鈱W(xué)設(shè)備、傳感器和載物臺進行粗略校正后完成的。下一步：使系統(tǒng)達到最佳性能。并且在這個領(lǐng)域取得了同樣的效果?！?/p>

EUV光刻機作為人類芯片制造的明珠，近年來成為世界風口浪尖。日前，彭博社甚至在一篇文章中表示，美國在芯片制造甚至EUV方面落后的原因與英特爾早年錯誤判斷EUV光刻機的作用有關(guān)。

但是現(xiàn)在，英特爾似乎已經(jīng)醒了，他們不僅買下了第一個High NA EUV光刻機，還多買了一臺升級的高值孔徑設(shè)備。在官方新聞中，英特爾直言不諱地表示，公司計劃購買下一代 TWINSCAN EXE:5200B 該系統(tǒng)的生產(chǎn)率超過一小時。 200 片狀晶圓，使該公司也成為該系統(tǒng)行業(yè)的先鋒。

由此可見，他們似乎正在通過下注下一代光刻機，重新回到芯片制造領(lǐng)先地位。但是根據(jù)semianalysis的報道，英特爾在回歸巔峰的路上還有另外一種秘密武器。

下一代光刻機，里程碑

英特爾代工廠今天發(fā)表聲明稱，公司先進半導(dǎo)體制造業(yè)的重要里程碑已經(jīng)完成了行業(yè)內(nèi)第一個商業(yè)高數(shù)值孔徑(高數(shù)值孔徑)極紫外線（EUV）該掃描儀位于俄勒岡州希爾斯伯勒的R&D基地，是光刻掃描儀的組裝。

根據(jù)英特爾的說法，這個名字叫TWINSCANA。 EXE:5000 系統(tǒng)裝到 43 一個貨運集裝箱 250 在俄勒岡州運送多個板條箱。這類貨物裝載在西雅圖的多架貨機上。接著，它們被轉(zhuǎn)移到 20 一輛卡車，開往俄勒岡州。每一個新系統(tǒng)的總重量都超過 150 噸。

有消息稱，高數(shù)值孔徑 EUV 光刻是超越 EUV 光刻的進化步驟，EUV 光刻利用地球上不自然存在的光波長 (13.5 nm)。這類光線由強大的激光碰撞加熱至近 22 錫滴產(chǎn)生的萬攝氏度——幾乎高于太陽平均外表溫度。 40 倍。這類光從包括所需電路圖案模板在內(nèi)的掩模中反射出來，然后通過歷史上最精確的鏡子構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)。

數(shù)值孔徑 (NA) 它是收集和聚焦光源能力的評價指標。高數(shù)值孔徑通過改變光學(xué)器件的設(shè)計，將圖案投射到晶圓上。 EUV 技術(shù)在分辨率和晶體管尺寸方面取得了長足的進步。制造這些超小型晶體管的能力也需要英特爾正在開發(fā)的新型晶體管結(jié)構(gòu)和第一個高值孔徑 EUV 其它工藝步驟的改進，系統(tǒng)集成并行。

英特爾方面表示，光刻領(lǐng)導(dǎo)人來自 ASML 的英特爾 TWINSCAN EXE:5000 High NA EUV 目前，工具正在進行校正步驟，為英特爾未來生產(chǎn)工藝路線圖做準備。新工具可以通過改變將印刷圖像投影到硅晶圓上的光學(xué)系統(tǒng)，顯著提高下一代Cpu的分辨率和功能擴展。

Mark總監(jiān)Mark，英特爾教授兼英特爾代工邏輯研究開發(fā)光刻，硬件及解決方案 Phillips表示：

他說：“有高數(shù)值孔徑 EUV 隨著加入，英特爾將擁有行業(yè)內(nèi)最全面的光刻工具箱，這樣公司就可以在十年后半段推動超越英特爾。 18A 未來的技術(shù)能力?！?/p>

英特爾說，高數(shù)值孔徑 EUV 該工具將在先進芯片開發(fā)和下一代Cpu生產(chǎn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。英特爾工廠是行業(yè)內(nèi)高數(shù)值孔徑 EUV 先鋒將為芯片制造提供前所未有的精度和可擴展性，使公司能夠開發(fā)具有最具突破性和功能的芯片，這對推動人工智能和其他前沿技術(shù)的進步尤為重要。

正如文章開頭所說，ASML 最近宣布，它已經(jīng)在荷蘭。 Veldhoven 公司總部高數(shù)值孔徑實驗室打印出第一條 10 納米 (nm) 密集線。這是歷史上印刷的最精細的線條， EUV 光刻掃描儀創(chuàng)造了世界紀錄的分辨率。這次演示驗證了 ASML 合作伙伴蔡司創(chuàng)新高數(shù)值孔徑 EUV 光學(xué)系統(tǒng)。

在對該工具的光學(xué)設(shè)備、傳感器和平臺進行粗略的校正后，打印出一個突破性的圖像——這是一個完整規(guī)格運行的墊腳石。正如英特爾所說，ASML 可利用整個光學(xué)光刻系統(tǒng)進行印刷 10 準備高數(shù)值孔徑的納米密集線 EUV 商業(yè)使用中工具投入的關(guān)鍵一步。

英特爾表示，當高數(shù)值孔徑與英特爾代工廠的其他領(lǐng)先技術(shù)功能相結(jié)合時， EUV 估計現(xiàn)在可以打印比例 EUV 工具小 1.7 兩倍的特點。這樣就可以實現(xiàn) 2D 特征縮放，從而提高密度 2.9 倍數(shù)。英特爾繼續(xù)推動更小、更密集的圖案發(fā)展趨勢，推動整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的摩爾定律。

“與 0.33NA EUV 相比，High NA EUV（或 0.55NA EUV）可以為類似特征提供更高的顯像對比度，從而減少每次曝光的光量，從而減少每層印刷所需的時間，增加晶圓產(chǎn)量?！庇⑻貭栔厣?/p>

英特爾有望使用它 0.33NA EUV 和 0.55NA EUV 以及其他光刻工藝，從而開發(fā)和制造先進芯片， 2025 年英特爾 18A 從產(chǎn)品驗證點開始，繼續(xù)生產(chǎn)英特爾 14A。英特爾的方法將提高先進技術(shù)的成本和性能。

已經(jīng)是Intel了 14A量產(chǎn)準備充分

正如上面所說，安裝工具是一回事，但是從安裝機器到實際制造芯片還有許多步驟。

ASML機器有許多部件可以單獨測試和升級。英特爾說， ASML 多年來一直在這個工具上合作， 14A 生產(chǎn)計劃充滿信心。

高數(shù)值孔徑 EUV 的目的是 2025 年與intel 14A。英特爾說，他們估計高數(shù)值孔徑 EUV 應(yīng)用于行業(yè)內(nèi)的多個工藝節(jié)點。

這是蔡司和 ASML 提供英特爾代工廠 1985 年到 2025 年光刻技術(shù)的視圖。

當然，EUV 商業(yè)化也在深入研究。

英特爾在 10 在納米工藝中使用 DUV 而不是 EUV，這個在業(yè)內(nèi)是眾所周知的，也是英特爾。 10 大規(guī)模延遲納米工藝的原因。那也是 Arm 處理器、AMD CPU 使用臺積電可以超越臺積電等等 Intel Xeon 主要原因。

在災(zāi)難性的 10 在納米過渡之前，由于結(jié)構(gòu)的原因，替代品可能有幾個百分點，但英特爾將處于技術(shù)領(lǐng)先水平，在實際芯片中仍將獲勝。英特爾代工廠與晶圓廠商討論的一個原因是為了保證英特爾產(chǎn)品能夠按時交付，并向外部客戶傳達信息。

錯過關(guān)鍵的技術(shù)變化可能會讓你的產(chǎn)品處于劣勢。這就是英特爾在尋找。 2024 最新消息是在年晚時期重新奪回領(lǐng)導(dǎo)地位。

隨著高數(shù)值孔徑的提高，英特爾代工廠也有很多支持技術(shù)。 EUV 研究與開發(fā)不斷發(fā)展。

重要的是，今天的芯片很復(fù)雜，ASML 的高 NA EUV 該機旨在擁有更好的晶圓吞吐量，但也更昂貴。所以，高數(shù)值孔徑 EUV 在芯片的許多關(guān)鍵層中使用，而非整個芯片制造過程。

英特爾代工的下一步是基本曝光的第一道光。英特爾估計新工具將在 2024 年晚開始并運行。它將在俄勒岡州進行。 14A 技術(shù)開發(fā)，隨后有望發(fā)展。 2025 年度生產(chǎn)開始。

多年來，臺積電一直處于技術(shù)領(lǐng)先水平。由于這意味著行業(yè)最終能夠生產(chǎn)出更便宜的芯片，所以英特爾代工廠的競爭非常重要。

根據(jù)semianalysis的說法，14A 它將成為英特爾代工的成敗節(jié)點。

英特爾從技術(shù)上贏得了客戶，在這方面做了很大的籌碼，但是他們需要一代讓每個人都感到舒適的技術(shù)?？蛻魧⑹褂?18A 為了涉足英特爾領(lǐng)域，使用不太關(guān)鍵的芯片，這些芯片并不是其業(yè)務(wù)的關(guān)鍵；如果一切順利，他們就會這樣做。 14A 思考它作為關(guān)鍵設(shè)計的主要工藝。 2027 年度最大、最昂貴的芯片，如人工智能加速器，CPUS，也有可能是移動芯片。

為了使英特爾能夠得到他們的業(yè)務(wù) IDM 2.0 代工策略發(fā)揮作用，否則他們將沒有足夠的規(guī)模和數(shù)量來競爭，因為他們的內(nèi)部產(chǎn)品業(yè)務(wù)在未來幾年將繼續(xù)失去市場份額。如果沒有多個大型和領(lǐng)先的用戶，就不可能經(jīng)營一家領(lǐng)先的代工廠。

在幾年內(nèi)，英特爾將率先在批量生產(chǎn)中使用。 ASML 高數(shù)值孔徑 EUV 光刻掃描儀。臺積電和三星只訂購R&D工具。在低NA游戲中，英特爾可能會試圖糾正遲到的問題，但是它一直是High。 最響亮、最強大的NA冠軍。英特爾將在高數(shù)值孔徑掃描儀的研發(fā)和實踐經(jīng)驗方面處于領(lǐng)先地位，因為第一個客戶擁有的例子現(xiàn)在已經(jīng)安裝在希爾斯伯勒工廠。

但是semianalysis認為，高數(shù)值孔徑光刻機存在一個金錢問題。它們的模型描述， NA 一次曝光率低 NA 雙重圖案曝光更昂貴。其它廠商在他們看來也表達了類似的觀點。

他引用臺積電魏哲家的話說：“技術(shù)本身毫無價值。只有能為你的客戶服務(wù)的東西。所以，我們始終與客戶合作，以合理的成本為他們提供最佳的晶體管技術(shù)和最佳的能效技術(shù)。更為重要的是，技術(shù)成熟在批量生產(chǎn)中至關(guān)重要。所以，每當我們知道有一些新的結(jié)構(gòu)和工具(例如高NA) EUV）當它出現(xiàn)時，我們都會仔細觀察，看看工具的成熟度，看看工具的成本，看看時間表中的內(nèi)容——怎樣做。為了服務(wù)客戶，我們總是在正確的時間做出正確的決定。”

所以，如果高數(shù)值孔徑比較貴，為什么英特爾代工廠要把自己的未來放在高數(shù)值孔徑上？ SPIE 在最近英特爾發(fā)布的光刻和高級圖案展和新公告中，我們終于聽到了答案:定向自組裝 (DSA：directed-self assembly ) ，這種神丹妙藥大大降低了英特爾的光刻成本。

另外一種英特爾秘密武器：DSA

接下來我們將討論 DSA 是什么，它是如何使High的？ NA 變得經(jīng)濟。

正如我們所說，臨界尺寸是造成高數(shù)值孔徑高成本的主要挑戰(zhàn)。 (CD) 與劑量曲線（dose curve）以及對吞吐量和每個晶圓成本的影響。臨界尺寸是光刻掃描儀可以顯示的最小線應(yīng)該是空間的寬度。低一點 CD 要獲得良好的圖像質(zhì)量，需要更高的指數(shù)級劑量。

由于燈源功率有限，提供更高的劑量意味著掃描儀必須運行得更慢，等待足夠的光子到達每一個曝光器。運行緩慢意味著掃描儀制造的晶圓更少，當使用時，每天降價超過 150,000 在美元工具上，這意味著成本大幅上升。

低曝光劑量使掃描儀能夠限制或接近其最大和階段的吞吐量運行。雖然一般圖像質(zhì)量會差得不可接受，但可以通過定向自組裝來糾正。定向自組裝 (DSA) 它是一種納米圖案技術(shù)，利用嵌段共聚物的自組織特性，由預(yù)圖案模板引導(dǎo)。簡而言之，它可以修復(fù)特性，大大減少所需的劑量，實際上提高最終圖案的質(zhì)量。

DSA 該機制與其名稱所示：一種“自組裝”化學(xué)物質(zhì)，并在其“定向”位置進行組裝。

雖然“自組裝”背后有復(fù)雜的化學(xué)原理，但它是一個直觀的概念——當能量添加到系統(tǒng)中時，隨機排列的部件會組織成有用的結(jié)構(gòu)。想象一下(這有點雙曲線)當你在烤箱里烤的時候，樂高積木會自己組裝。

從化學(xué)的角度來看，這種做法是通過嵌段共聚物來實現(xiàn)的（BCP）實現(xiàn)這一點。通過共價鍵連接，只有幾十納米長的兩種高聚物形成 BCP。聚乙烯嵌段聚甲基丙烯酸甲酯是目前使用最先進的聚合物，縮寫為PS。- b -PMMA。

PS 和 PMMA 這種高聚物不能很好地混合。就像油和水一樣，PS 是非極性分子，而且 PMMA 是極性分子 - 它們自然會分層，因為它們是最低能量排列。PS- b -PMMA，自然而然地排列成規(guī)則、有序的層狀圖案。加入熱量可以使分子更快地找到這種平衡排列。

實際上，這意味著使用 PS- b -PMMA 涂上晶圓并烘烤不到一小時，就會產(chǎn)生 PS 和 PMMA 更換線條的規(guī)則圖案，每條線距約 20 納米。如果這聽起來像是生產(chǎn)一根極細的金屬絲來連接數(shù)十億個晶體管(前沿邏輯中的 M0 層)的好起點…那你就對了。

但是這種自組裝方法本身是沒有用的，因為線路放置和目標或多或少都是隨機的。需要引導(dǎo)，這是光刻的立足之地。

EUV 曝光用于產(chǎn)生指導(dǎo)圖案：這定義了自組裝的方向和位置。這種工藝與普通工藝相同 EUV 光刻過程非常相似，不同之處在于從光刻膠到圖案的轉(zhuǎn)移。 DSA 特殊底層定制。這個底層只對一種嵌段共聚物有化學(xué)親和力。有了這種帶圖案的底層，在烘烤過程中，聚合物不僅會相互對齊，還會相對于底層對齊，所以線路位置正好在需要的位置。

每一條高聚物鏈的長度都定義了這些線的臨界尺寸。這意味著 BCP 可定制，打印與可制造的高聚物鏈相同的小(或大)特性。EMD 是該應(yīng)用中 DSA 化學(xué)品的領(lǐng)先制造商，它展示了 9 納米 CD，并且有可能變小。這足以與高數(shù)值孔徑相同。 EUV 相輔相成。

這是 EUV 制作引導(dǎo)圖案的關(guān)鍵細節(jié)：它可以用較低的劑量生產(chǎn)。無論是引導(dǎo)圖案的 LER 是多少，DSA 分子會自組裝成極低的線條邊緣粗糙度 (LER) 的線。它們將與引導(dǎo)圖案的平均值相匹配。只需指導(dǎo)圖案放置準確(這是可以的，EUV 疊加很好)，EUV 曝出的 LER 可能很差 - DSA 能修好它。放寬 EUV 曝光的圖像質(zhì)量要求代表劑量可以減少。 50% 或更多。

減少劑量使用 50% 以當前重復(fù)工作為基礎(chǔ)的合理假設(shè)。英特爾最初的R&D工作使用了一種“新底層”，可以直接通過 EUV 曝光進行圖案化，而非通過光刻膠的圖案轉(zhuǎn)移，說明 25 mJ/cm 2劑量合理 – 降低了 3-4 倍。假如這是可以投入生產(chǎn)的，那么節(jié)約的成本甚至比我們在下面?zhèn)鹘y(tǒng)建模的成本要高得多。

圖案化問題的最終部分是干蝕刻：可選擇性蝕刻 PS- b -PMMA，然后只清除極性分子 (PMMA)。PS 變成線條，PMMA 留下空間 - 其最終功能或多或少與顯影后的光刻膠相同，因此可采用典型的后顯影集成過程(圖案轉(zhuǎn)移到硬掩模，SOC、基板等）。

最終，實驗結(jié)論很明顯。在使用的時候 DSA 在校準圖案時，英特爾展示了自對準。 EUV 光刻-光刻-蝕刻方案的優(yōu)異良率結(jié)果：

到目前為止，這是對的 DSA 這是一個近乎完美的故事。

鑒于上述產(chǎn)品，每一個芯片制造商都會將其應(yīng)用于每一個。 EUV 層次。但是現(xiàn)在情況并非如此。已被困在研究中十多年，為什么？每個人都能分享一下嗎！

參考鏈接

https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/resources/intel-high-na-euv.html#gs.860xqa

https://www.servethehome.com/intel-foundry-high-na-euv-milestone-readies-for-14a-production-asml/

https://www.semianalysis.com/p/intels-14a-magic-bullet-directed

本文來自微信公眾號“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”（ID：icbank），作者：編輯部，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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