英特爾完成第一台High NA EUV組裝 在2奈米先進製程已取得倚天劍了嗎?

2024-04-21 10:51 / 作者 戴嘉芬
英特爾研發人員於美國俄勒岡州希爾斯伯勒市的研發基地,完成High NA EUV的組裝工作。英特爾提供
英特爾本周宣布,已於美國俄勒岡州的研發基地完成業界第一台 High NA EUV(商用高數值孔徑極紫外光微影設備)組裝,這是由荷商艾司摩爾(ASML)所提供的最新微影設備。今年ASML出貨數量非常稀少,僅有個位數,至今收到的訂單僅介於10~20台之間。而英特爾是第一家拿到此設備的晶圓製造商,採購 High NA EUV 的腳步領先台積電、三星。

除了英特爾之外,外媒報導ASML近期已交付一台High NA EUV給第二家客戶,但該公司並沒有透露客戶名稱。艾司摩爾希望到2028年之前,每年能交付20台High NA EUV。

這台 TWINSCAN EXE:5000 High NA EUV 高孔徑極紫外光微影設備採用人工的13.5奈米光波長。此一光波長是利用強大的雷射光束,照射加熱至將近攝氏22萬度的錫滴上而產生,溫度高出太陽表面平均溫度40倍。光束從含電路圖案模板的光罩中反射,再穿過高精度鏡組打造的先進光學系統。

High NA UEV(高數值孔徑極紫外光微影設備)價格高昂,且安裝過程曠日廢時,約需6個月以及數百名工人合力才能完成。英特爾提供

艾司摩爾2月初曾向外媒展示這台High NA EUV極紫外光微影設備,它的體積約一輛雙層巴士,重量超過150噸,大約兩架空中巴士A320客機,一台造價達3.5億歐元。英特爾表示,工作人員將這台設備的元件分裝於250多個貨箱中,並集中裝入43個貨櫃,貨櫃由多架貨機運送至西雅圖,再利用20輛卡車運輸到俄勒岡州。

相較於0.33數值孔徑的EUV微影設備,高數值孔徑EUV微影設備(或0.55數值孔徑的EUV微影設備)可為類似的晶片尺寸提供更高的成像對比度,可減少每次曝光所需的進光量,並縮短每層列印時間,從而提高晶圓廠的產能。

ASML近日也宣布,已於荷蘭費爾德霍芬總部的高數值孔徑實驗室首次列印出10奈米的高密度線路,創下EUV微影設備解析度的世界紀錄,成為EUV微影設備迄今為止列印出最精細的線路,同時也為布署商用High NA EUV機台邁出關鍵下一步。

英特爾表示,當High NA UEV微影設備與該公司其他領先製程技術相結合時,列印尺寸預計比現有EUV機台縮小1.7倍。由於2D尺寸縮小,密度將提高2.9倍。

英特爾計劃於2025年Intel 18A的產品驗證以及未來Intel 14A的量產階段,採用0.33和0.55數值孔徑的EUV微影設備,並結合其他先進的微影製程技術,持續發展更小、更密集的圖案化技術,進一步延伸摩爾定律。

先前有韓媒報導,三星已與ASML達成協議,採購 High NA EUV 曝光機,預計2026年或2027年引進。

台積電也曾於法說會中,回應關於 High NA EUV 相關問題。總裁魏哲家說,技術本身的價值只有在為客戶服務時,方能彰顯出來。

魏哲家強調,台積電與客戶合作,以合理成本為他們提供最好的電晶體和節能技術。而在大批量產過程中,技術成熟度也相對重要。每當台積電知道有新的工具或設備,例如High NA EUV,我們都會仔細研究,看看這項工具的成熟度以及它的成本,再進一步評估如何去實現。「我們總是在正確的時間做出正確的決定!而且到目前為止,客戶都對台積電的進展感到滿意。幾乎所有客戶都與台積電合作2奈米,只有1家公司除外。」

台積電總裁魏哲家(左)曾表示,針對新的工具或設備,台積電都會從成本和成熟度2個角度去考量,進一步評估如何實現。資料照。廖瑞祥攝

台積電認為,當一項重要技術或工具導入的時候,都必須考量到成本,也必須評估客戶是否能接受,這項工具或技術能不能達到大量生產的規模,這些都是考量的重點,而不是一昧去搶快。

如今,英特爾已宣布完成這台High NA EUV設備組裝工作,該公司也開始進行多項校準步驟,預計於2027年啟用、率先用於Intel 14A製程。不僅如此,英特爾還計劃購買下一世代 TWINSCAN EXE:5200系統,該系統每小時產能超過200片晶圓,也將成為業界首家布署該系統的使用者。

晶圓代工業者投入先進製程最需要的三大要素:技術、設備與研發人才。如同金庸小說《倚天屠龍記》裡所描寫,想要取得「九陰真經」、「降龍十八掌」等武林秘笈,就必須同時擁有倚天劍和屠龍刀。

在2奈米以下先進製程的技術領域,若擁有一台High NA EUV高數值孔徑微影設備,藉由光學元件設計的改善,大幅提升圖案解析度和縮小電晶體尺寸。這是否意味著英特爾已經拿到這把關鍵的倚天劍,在2奈米以下先進製程技術之爭,也等於贏在起跑點?

話說回來,若想進一步製造尺寸更小的電晶體,仍需要全新的電晶體結構和相關製程步驟,因此必須具備充足的研發人才和保持技術領先,才是勝出關鍵。也就是說,最後這把屠龍刀,到底花落誰家?哪一家晶圓代工大廠最終能取得武林秘笈,還不知道呢!

魏哲家曾霸氣表示,台積電兩大競爭對手,一家在南韓,一家在加州,他們都有自己的產品;「但他們想要在技術、生產和客戶信任層面追上台積電,我只有四個字:門都沒有。」
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