ASML的EUV光刻机新进展

从2018年以来，ASML一是在加速EUV技术导入量产；二是扩大EUV生产规模，从2018年的22台增加到2021年的42台，2022年逾50台，2023年生产台数将进一步增加；三是实验以0.55 NA取代目前的0.33 NA，具有更高NA的EUV微影系统能将EUV光源投射到较大角度的晶圆，从而提高分辨率，并且实现更小的特征尺寸。

目前主力出货的TWINSCAN NXE: 3600D套刻精度为1.1nm，曝光速度30 mJ/cm²，每小时曝光160片晶圆，年产量为140万片。据悉，NXE:3600D能达到93%的可用性，2023年有望达到进DUV光刻机95%的可用性。

从2017年第二季出货第一台量产机型TWINSCAN NXE: 3400B至今，包括NXE: 3400B、NXE: 3400C和NXE: 3600D累计出货超过150台。

根据ASML EUV光刻机路线图显示，预计2023年出货的NXE:3800E最初将以30mJ/cm²的速度提供大过每小时195片的产能，并在吞吐量升级后达到每小时220片，同时在像差、重叠和吞吐量方面进行渐进式光学改进；预计2025年出货的NXE:4000F，套刻精度为0.8nm，吞吐量每小时220片。

脚注1/2/3表明，初始晶圆每小时规格可能从 20mJ/cm2(250W) 开始，随后到 30mJ/cm2(500W)，更有可能是60mJ/cm2(500W)

在提升0.33 NA产能的同时，也在加快0.55 NA的研发进度。EUV光刻机路线图显示，2023年将推出0.55 NA的EXE:5000样机，套刻精度为1.1nm，可用于1纳米生产。按照业界当前的情况推测，真正量产机型EXE:5200B出货可能要等到2024年。英特尔位于亚利桑娜州的D1X P3已经在今年启用，新的洁净室在等着2024年安装EXE:5200B，2025年投产Intel 20工艺。

2022年SPIE先进光刻大会传出消息，ASML在其位于Veldhoven的新洁净室中已经开始集成第一个0.55 NA EUV设备，原型机有望在2023年上半年完成；同时正在与IMEC建立一个原型机测试工厂，将在其中建造0.55 NA系统，连接到涂层和开发轨道，配备计量设备，并建立与0.55 NA工具开发相伴的基础设施，包括变形成像、新掩膜技术、计量、抗蚀剂筛选和薄膜图案化材料开发等，并准备最早在2025年使用生产模型，在2026年实现大批量生产。

当然，光刻机作为一个由来自全球近800家供货商的数十万个零件组成的“庞然巨物”，仅靠ASML一家努力是远远不够的，其他和光刻机有关的厂商也已全力以赴，一切都在按计划进行。

镜头的研发进度肯定影响新机型的出货时间。蔡司为0.55 NA推出形变镜头，新的镜头系统在x方向上放大4倍，在y方向上放大8倍，使得曝光光场减半，由原来858mm²（26mm ×33mm）缩小为429 mm²（26mm ×16.5mm）。为了不影响单位生产率，必须通过实现2倍曝光扫描速度来解决因为0.55 NA光刻机系统所带来的2倍的曝光次数。

光源方面，ASML圣地亚哥实验室已经实现了超过500W的光源功率，从经验来看，研究开发达到生产需要约2年的时间，2024年实现生产应该没有问题。500W可以允许0.55 NA半场成像光刻机上在60mJ/cm²曝光能量条件下，吞吐量达到每小时150片的生产效率。

EUV光刻胶方面，化学放大光刻胶 (chemically-amplified resists，CAR) 和金属氧化物光刻胶（metal-oxide resists）还处于推进阶段，优化参数仍在评估中，包括剂量敏感性、粘度、涂层均匀性与厚度、可实现的分辨率以及对曝光时材料内光子/离子/电子相互作用。

当然还有一个成本问题。目前出货的0.33 NA光刻机售价约在10亿元到15亿元之间，那么未来0.55 NA光刻机售价多少合适，估计将翻倍，约在20亿元到30亿元之间。但是，0.55 NA EUV能够减少晶圆厂的生产周期，因为单次0.55 NA EUV所需的总处理时间将少于多次通过0.33 NA EUV的总处理时间，生产周期缩短意味着提高了产能；另一方面，也提高了芯片设计的灵活性，可以缩短芯片设计周期。

不过目前看来，客户下单还是挺积极，台积电、英特尔、三星电子和SK海力士都订购了0.55 NA光刻机。

2022年SPIE先进光刻大会上，英特尔的Mark Phillips预测，未来High-NA也许是0.7 NA。就是不知道代价有多大。

半导体行业观察