投資100億美元！美國(guó)建High-NA EUV研發(fā)中心，意欲何為？

12月13日消息，當(dāng)?shù)貢r(shí)間11日，美國(guó)紐約州長(zhǎng)Kathy Hochul宣布，與包括IBM、美光、應(yīng)用材料（Applied Materials）、東京電子（Tokyo Electron）等半導(dǎo)體大廠達(dá)成一項(xiàng)合作協(xié)議，預(yù)計(jì)將投資100億美元在紐約州Albany NanoTech Complex（奧爾巴尼納米技術(shù)綜合體）興建下一代High-NA EUV半導(dǎo)體研發(fā)中心，以支持世界上最復(fù)雜、最強(qiáng)大的半導(dǎo)體的研發(fā)。

根據(jù)聲明顯示，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)該設(shè)施建設(shè)的非營(yíng)利性機(jī)構(gòu)NY Creates，預(yù)計(jì)將利用10億美元的州政府資金向ASML采購(gòu)TWINSCAN EXE:5200光刻設(shè)備。接下來，一旦設(shè)備安裝完畢，相關(guān)合作伙伴將可以開始研究下一代芯片制造。該計(jì)劃將創(chuàng)造700個(gè)工作崗位，并帶來至少90億美元的民間投資。

這一合作伙伴關(guān)系將大大提高紐約州作為確保聯(lián)邦國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心錨定中心地位的領(lǐng)先候選人的地位，這一指定有可能釋放超過110億美元的《芯片與科學(xué)法案》資金。

在人才方面，該計(jì)劃還包括通過與紐約州立大學(xué)的合作，以支持和建設(shè)人才發(fā)展管道。相關(guān)合作伙伴已承諾擴(kuò)大或啟動(dòng)對(duì)勞動(dòng)力發(fā)展計(jì)劃的支持，包括對(duì)紐約州立大學(xué)、倫斯勒理工學(xué)院以及其他公共和私人勞動(dòng)力發(fā)展活動(dòng)的投資；K-12 STEM學(xué)術(shù)項(xiàng)目；工程和相關(guān)STEM領(lǐng)域的本科生和研究生的培訓(xùn)、實(shí)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，以及學(xué)術(shù)研究伙伴關(guān)系。

NY CREATES和行業(yè)合作伙伴還同意在項(xiàng)目的整個(gè)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)階段做出一系列可持續(xù)性承諾，這些承諾與紐約州領(lǐng)先的綠色芯片計(jì)劃密切一致，包括使用最佳可用技術(shù)減少溫室氣體排放；優(yōu)先考慮可再生能源，優(yōu)先考慮紐約州的能源；以及為與該項(xiàng)目相關(guān)的新建筑爭(zhēng)取最低LEED金牌認(rèn)證。此外，合作伙伴致力于將可持續(xù)性作為研發(fā)活動(dòng)的主要目標(biāo)，包括可持續(xù)的半導(dǎo)體制造工藝、材料使用、廢物再利用和回收以及晶圓廠設(shè)計(jì)。通過這一新的重點(diǎn)，High-NA EUV中心將成為可持續(xù)和氣候友好型半導(dǎo)體制造工藝和技術(shù)發(fā)展的全球領(lǐng)導(dǎo)者。

為了支持該項(xiàng)目，目前紐約州正在投資10億美元擴(kuò)建奧爾巴尼納米技術(shù)綜合體，通過購(gòu)買ASML的EXE:5200 High-NA EUV設(shè)備建立High-NA EUV研發(fā)中心，高度復(fù)雜的建筑，擁有超過50000平方英尺的潔凈室空間（未來預(yù)計(jì)將進(jìn)一步擴(kuò)大），這將鼓勵(lì)未來的合作伙伴增長(zhǎng)，并支持新的舉措，如美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心、國(guó)家先進(jìn)封裝制造計(jì)劃和國(guó)防部微電子共享計(jì)劃，后者最近被授予紐約州。在兩年的施工階段，該項(xiàng)目還將以現(xiàn)行工資創(chuàng)造500至600個(gè)工會(huì)建筑工作崗位。

紐約州長(zhǎng)Kathy Hochul表示：“這項(xiàng)將創(chuàng)新芯片研究帶到首都地區(qū)的100億美元合作伙伴關(guān)系向整個(gè)行業(yè)發(fā)出一個(gè)信息：紐約對(duì)商業(yè)開放?！??！皬奈覀兊木G色芯片立法到美光的歷史性投資和GO-SEMI的創(chuàng)建，我們正在紐約建設(shè)半導(dǎo)體研究的未來。這個(gè)行業(yè)通過重大的地區(qū)投資、無數(shù)的新工作崗位以及對(duì)勞動(dòng)力發(fā)展和可持續(xù)性的大膽承諾，在我們州創(chuàng)造了真正的機(jī)會(huì)，我的政府將繼續(xù)與以及行業(yè)領(lǐng)袖，使紐約成為全球芯片制造超級(jí)基帶。”

ASML總裁兼首席執(zhí)行官Peter Wennink表示：“我們?yōu)锳SML工具使我們的客戶能夠生產(chǎn)世界所需的芯片而感到驕傲。紐約州對(duì)尖端High-NA EUV技術(shù)的這項(xiàng)重大投資將推動(dòng)我們生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)新，并加速芯片制造商更快、更具成本效益地制造未來更先進(jìn)芯片的能力?！?span style="box-sizing: border-box !important; margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; font-size: var(--articleFontsize); letter-spacing: 0.578px; overflow-wrap: break-word !important;">

單價(jià)超3億美元，High-NA EUV光刻機(jī)成尖端制程升級(jí)的關(guān)鍵

由于EUV光刻系統(tǒng)中使用的極紫外光波長(zhǎng)（13nm）相比DUV 浸入式光刻系統(tǒng)（193 nm）有著顯著降低，多圖案 DUV 步驟可以用單次曝光 EUV 步驟代替。可以幫助芯片制造商繼續(xù)向7nm及以下更先進(jìn)制程工藝推進(jìn)的同時(shí)，進(jìn)一步提升效率和降低曝光成本。

自2017年ASML的第一臺(tái)量產(chǎn)的EUV光刻機(jī)正式推出以來，三星的7nm、5nm、3nm工藝，臺(tái)積電的第二代7nm、5nm、3nm工藝的量產(chǎn)都是依賴于0.33 數(shù)值孔徑的EUV光刻機(jī)來進(jìn)行生產(chǎn)。

目前，隨著三星、臺(tái)積電、英特爾3nm制程的相繼量產(chǎn)，目前這三大先進(jìn)制程制造廠商都在積極投資2nm制程的研發(fā)，以滿足未來高性能計(jì)算等先進(jìn)芯片需求，并在晶圓代工市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中取得優(yōu)勢(shì)。而2nm工藝的實(shí)現(xiàn)則可能需要依賴于ASML新一代的高數(shù)值孔徑 (High-NA) EUV光刻機(jī)EXE:5000系列。

ASML開發(fā)的第一代EUV光刻機(jī)是基于 0.33 數(shù)值孔徑透鏡的 EUV 光刻系統(tǒng)。比如目前被眾多晶圓制造商采用的ASML Twinscan NXE:3400C和NXE:3400D，都是基于0.33 NA鏡頭，分辨率為13nm。這樣的分辨率適合在金屬間距介于30nm和38nm之間的制造技術(shù)上使用。但是，當(dāng)金屬間距來到30nm以下，也就是制程節(jié)點(diǎn)達(dá)到5nm之際，13nm的分辨率就不夠用了，這使得芯片制造商將不得不使用EUV雙圖案化及圖案成型技術(shù)，以進(jìn)一步推動(dòng)制程工藝的前進(jìn)。但是，EUV雙圖案化不僅成本高昂，且具有良率風(fēng)險(xiǎn)，所以需要具有更高分辨率光刻機(jī)來提供助力。

目前ASML正在開發(fā)的0.55 NA的High-NA EUV光刻機(jī)，分辨率為 8nm，能夠幫助芯片制造商生產(chǎn)2nm及以下更先進(jìn)制程的芯片，并且圖形曝光的成本更低、生產(chǎn)效率更高。根據(jù)ASML的路線圖，第一代的High-NA EUV光刻機(jī)TWINSCAN EXE:5000計(jì)劃于2022年底推出，但這款機(jī)型可能主要是被晶圓制造商用于相關(guān)測(cè)試，實(shí)際量產(chǎn)的將會(huì)依賴于2024年底出貨的TWINSCAN EXE:5200，每小時(shí)可生產(chǎn)超過220片晶圓。

當(dāng)然，0.55 NA EUV光刻系統(tǒng)造價(jià)相比第一代的EUV光刻機(jī)也更高。據(jù)研究機(jī)構(gòu)KeyBanc此前表示，一臺(tái)0.55 NA EUV光刻系統(tǒng)的成本預(yù)計(jì)為3.186億美元，而正在出貨的0.33 NA EUV光刻系統(tǒng)則為1.534億美元。

而根據(jù)ASML在2022年4月披露的信息顯示，ASML在位于 Veldhoven 的新潔凈室中已經(jīng)開始集成第一個(gè)High-NA EUV光刻系統(tǒng)。2022年第一季度收到了多個(gè)EXE:5200系統(tǒng)（量產(chǎn)版High-NA EUV光刻系統(tǒng)）的訂單，2022年4月還收到了額外的EXE:5200 訂單。主要是來自三個(gè)邏輯廠商和兩個(gè)存儲(chǔ)廠商的 High-NA EUV訂單。這里提到的三個(gè)邏輯晶圓廠應(yīng)該是英特爾、臺(tái)積電和三星，兩個(gè)存儲(chǔ)晶圓廠應(yīng)該是三星和SK海力士。

△ASML首個(gè)High-NA EUV光刻系統(tǒng)

不過，根據(jù)ASML最新公布的信息來看，其High-NA EUV光刻系統(tǒng)的交付時(shí)間可能已經(jīng)推后至2025年。

近期，ASML執(zhí)行副總裁Christophe Fouquet在公開場(chǎng)合表示，自2010年代以來EUV技術(shù)越來越成熟，半導(dǎo)體制程微縮至2020年前后三年，以超過50%幅度前進(jìn)。不過，速度可能會(huì)在2030年代進(jìn)一步放緩。所以ASML計(jì)劃2023年年底前發(fā)布首臺(tái)商用High-NA EUV光刻機(jī)，并將于2025年量產(chǎn)出貨。2025年開始，客戶就能從0.33 NA EUV多重圖案化，切換到0.55 High-NA EUV單一圖案化，降低制程成本，提高產(chǎn)量。

總結(jié)來說，High-NA EUV技術(shù)是下一代（2nm及以下）尖端制程芯片制造的關(guān)鍵。此番美國(guó)紐約州攜手美國(guó)及日本半導(dǎo)體大廠建立High-NA EUV半導(dǎo)體研發(fā)中心，主要目的就是為了進(jìn)一步助力美國(guó)本土廠商提升在尖端半導(dǎo)體制程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和制造能力，而這也是美國(guó)芯片法案計(jì)劃的延伸。

編輯：芯智訊-浪客劍