High-NA EUV與傳統EUV最大的差異在於「數值孔徑(NA)」。High-NA將NA從0.33提高到0.55,能以單次曝光形成約8nm的半間距(ASML EXE系列,推估超過350~400億日圓)。傳統EUV為NA=0.33,半間距約13nm(ASML NXE系列,170~200億日圓左右)。High-NA的目的是在2nm以後避免多重圖案化,但初期機型的產能仍是課題。
主要差異
| 比較面向 | High-NA EUV(EXE) | 傳統EUV(NXE) |
|---|---|---|
| 數值孔徑(NA) | NA = 0.55(High-NA) | NA = 0.33(Low-NA) |
| 理論解析度(HP) | 半間距:約8nm(k₁=0.33時) | 半間距:約13nm(k₁=0.33時) |
| 代表設備 | ASML EXE:5000(開發機)/ EXE:5200(量產機) | ASML NXE:3600D / NXE:3800E |
| 設備價格(推估) | 超過350~400億日圓(EXE:5200) | 170~200億日圓左右(NXE:3800E) |
| 產能(WPH) | 初期機型EXE:5000:20~90 WPH(量產機EXE:5200目標:180+ WPH) | NXE:3800E:220 WPH(已有量產實績) |
| 光罩縮小倍率 | 變形光學(4x×8x縮小):光罩設計與傳統不相容 | 等向縮小4x×4x:可沿用既有設計資產 |
| 光罩尺寸 | EXE用High-NA光罩(需重新設計) | 傳統EUV光罩(6吋見方) |
| 光罩保護膜 | 高穿透率(>90%)的新型光罩保護膜開發中,實用化仍有課題 | 光罩保護膜採用持續推進(已用於量產晶圓廠) |
| 商業量產時程 | 預定2025年底~2026年用於Intel 18A。台積電・三星為2027年以後 | 2019年起量產中。台積電N7以後全面採用 |
| 主要適用節點 | 2nm以後(Intel 18A/14A、TSMC N2以後的關鍵層) | 7nm~2nm(現行最先進節點的主力) |
High-NA為何能提升解析度:變形光學的原理
曝光解析度由R=k₁×λ/NA決定,NA越大越能畫出細微的圖形。High-NA EUV將NA從0.33提高到0.55,但為了在晶圓側實現高NA,光學系統變成非對稱(變形,anamorphic),縮小倍率從傳統的4x×4x變為4x×8x。因此光罩圖形必須在橫向拉長2倍設計,既有的EUV光罩設計資產無法沿用,需要重新設計光罩。此外曝光場尺寸也從傳統的26mm×33mm減半為26mm×16.5mm,曝光同一顆晶片的次數增加,成為產能下降的原因之一。
英特爾率先採用High-NA EUV的原因
英特爾以恢復「Intel Foundry」的先進製程競爭力為目標,將High-NA EUV定位為最重要的投資之一。計畫在Intel 18A(目標2025年底量產)與14A製程採用,並於2023年全球首家接收ASML EXE:5000。在台積電與三星預計2027年以後才全面採用的情況下,英特爾的策略是藉由率先採用,在產品路線圖與爭取客戶上取得優勢。不過初期產能偏低與新光罩設計成本仍是課題,早期量產化的技術門檻依然很高。
光罩保護膜與產能:High-NA普及的2大課題
High-NA EUV要商業化有2個重大課題。①光罩保護膜:保護EUV光罩免受微粒汙染的光罩保護膜,在傳統EUV上仍持續開發,而High-NA因NA更大(高角度光線),需要穿透率超過90%的薄型光罩保護膜。目前艾司摩爾、imec與各家廠商正在開發。②產能:初期的EXE:5000為20~90 WPH,不足以量產,量產機EXE:5200的目標是180 WPH以上。達到與NXE:3800E(220 WPH)並駕齊驅的產能,是採用於量產的關鍵。