在第一套極紫外光(EUV)微影設備正式出貨之前,荷蘭半導體設備大廠ASML透露了產業界期待已久的後續計畫;該公司表示將投資並與光學大廠蔡司(Carl Zeiss)合作,推出數值孔徑(numerical aperture,NA)高於0.5的版本,但該新一代設備要到2024年以後才會量產。

ASML表示準備投資20億美元進行上述新設備的開發,將以11億美元現金收購蔡司24.9%的股份;此外ASML將一次投資約2.44億美元在合作研發專案上,並在接下來六年於資本設備以及其他需求方面加碼投資6億美元。

上述合作案再一次說明了半導體產業界追趕摩爾定律(Moore’s Law)的任務,是如何地越來越複雜、得付出的代價也更高。目前最先進的晶片線寬小至35奈米,而第一代EUV系統將採用0.33NA的光學鏡片實現約13奈米的線寬;而0.5NA版本將能實現約8奈米的線寬。

市場研究機構VLSI Research總裁Risto Puhakka表示:「ASML在以往不曾直接投資供應鏈上的任何廠商,而且是收購那麼大比例的股份;這顯示要打造新一代的系統是個高風險任務,同時顯示投資了大筆資金的ASML確實信心滿滿。」

除了宣佈與蔡司的合作案訊息,ASML也表達了對其即將準備支援量產的第一代EUV系統之樂觀預期;該公司執行長Peter Wennink表示:「預期到2018年,將有第一批採用現有技術之EUV掃描機的晶片在我們的客戶生產線上量產出貨。」

那些第一代以EUV微影設備量產的晶片,會是採用ASML將在明年正式出貨、預期吞吐量可達每小時125片晶圓、微影疊對(overlays)誤差容許度在3奈米以內的NXE:3400B系統;在最近的分析師會議上,ASML表示目前有4家邏輯晶片製造商、2家記憶體晶片製造商公開表示他們將在2018年左右採用0.33NA的EUV系統進行量產。

至於0.5NA系統預期將達到每小時185片晶圓產量,疊對誤差容許度小於2奈米;在新一代的設備問世之前,ASML期望推出0.33NA系統的升級版,可支援每小時145片晶圓產量。

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圖表中2018年的星星符號數量代表將採用EUV設備量產的晶片廠商數量,在2024年的星星符號則是代表ASML預期屆時將推出0.5NA系統
(來源:ASML)

投資龐大成本將帶來的龐大優勢

尺寸差不多有一間小房間那麼大的EUV系統,預期要價超過1億美元;而今日最高價的步進機一台是6,000萬美元起跳。ASML表示,該公司對蔡司的投資也是考量到了下一代光學零件所需的成本。

高度複雜的EUV系統是為了生產密度更高晶片之精細電路所需,但開發時程比預期延遲許久;以現有的浸潤式步進機製造目前最高密度的晶片,得以兩重或三重光罩才能實現,才能實現在技術上超越其光學設計限制的電路圖形。

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ASML預計明年正式量產第一代EUV系統NXE:3400b,接下來的新一代平台則是0.5NA系統
(來源:ASML)

採用今日的浸潤式步進機需要以三重或四重光罩才能實現的電路圖形,若採用0.33NA的EUV系統預期只需要單一光罩步驟就可完成;不過半導體製程若再繼續往更細微節點邁進,就算採用EUV設備也可能需要多重圖形步驟,因此會有0.5NA設備需求。

ASML技術長Martin van den Brink在新聞聲明中指出,新一代(0.5NA)系統將:「可在次3奈米節點為晶片製造商避免複雜且昂貴的0.3NA系統多重圖形步驟,以單次曝光支援高生產力,並可降低單位成本。」

VLSI Research的Puhakka表示,工程師們廣泛預期,在第二代EUV系統於2024年左右問世以前,還是得使用0.33NA系統進行多重圖形:「很多人預期EUV系統也會需要採用多重圖形方案,只是需要多少重圖形、以及需要多久時間?」

儘管面臨許多挑戰,ASML仍看好EUV微影設備在先進半導體製程領域的長期成功。做為交易的一部分,未來蔡司每年需要個別支付股息給自家母公司的股東以及ASML的股東,而ASML將視其投資結果:「延長其股份回購(share buy-back)計畫的暫停時間;」ASML的資金將大部分應用於蔡司德國據點。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: ASML Invests $1.9B in Next-Gen EUV,by Rick Merritt)