EUV光刻机最新商业化进展从0。33NA到下一代0。55NA曝光光学系统

　　编者按：2021年10月，ASML报告了2021年第三季度财报。与此同时，在2021年9月28日的投资者日，ASML披露了当下商用极紫外EUV光刻机曝光系统0.33NA（数值孔径0.33）的进展、未来规划，以及下一代曝光系统0.55NA的最新进度。本文做一点简单的介绍。
　　ASML EUV光刻机当前的极紫外EUV光刻曝光光学系统：0.33NA
　　众所周知，ASML的极紫外EUV光刻机的分辨率，与光源波长成正比，与光学系统的数值孔径NA成反比。ASML目前销售的光刻机搭载的是0.33NA的曝光光学系统 ，而早在四五年前已经在开始下一代0.55NA的曝光光学系统的研制工作。
　　上周ASML公布的2021年第三季度财报公布的最新销售的EUV光刻机型号是NXE:3600D ，采用的正是0.33NA的曝光系统。
　　ASML 0.33NA EUV光刻机系统迭代
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据，显示了过去3年EUV光刻机出货能力、以及每小时加工晶圆数量的提升情况，而基于0.33NA曝光光学系统的NEX系列会继续迭代发展，预期每两年会升级一个型号，例如2023年推出NXE:3800E，以及2025年推出NXE:4000F。
　　从图上我们可以大概看到，到2025年的NXE:4000F ，EUV光刻机出货量将达到目前NXE:3600D 的1.6倍，而该型号光刻机的每小时加工晶圆数量比NXE:3600D 提升50%，有望达到220 WPH。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据
　　我们从下图也可以更清晰的看到，自2017年以来，0.33NA的EUV光刻机的单日加工晶圆数量几乎增加了3倍，设备利用率也从65%增加到接近90% 。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据
　　此外，相对于采用浸没式光刻的多次曝光工艺，0.33NA的EUV曝光系统将掩模版数量降低大约40%，光刻步骤降低了大约30% 。因而大幅降低了光刻缺陷、成本和制造时间。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据
　　据三星的实测数据，对于相同工艺，EUV曝光光学不仅曝光精度更高，并且曝光缺陷降低高达20% 。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据
　　当然，ASML在未来几年，仍然会在DUV和0.33NA的EUV光刻机上继续提升，我们可以很明显的看到，其DUV光刻机和EUV光刻机的套刻精度依然在以0.1nm的台阶不断提升 。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据下一代极紫外光刻曝光光学系统：0.55 NA
　　ASML在投资者日公开的报告中公开了下一代0.55NA的曝光光学系统 。我此前已经介绍过，美国在劳伦斯伯克利实验室，有一台微区曝光系统MET5，是一套0.5NA的2镜头曝光光学系统，而这套系统大概在2013年已经开始工作，目前已经实现单次曝光8nm的精度。因此欧美在高NA曝光光学系统和配套材料、器件上实际上是提前10年就已经做了布局和大量研究。
　　Jim博士此前撰写的MET5曝光光学系统介绍文章链接：美国能造EUV光刻机镜头吗？这家美国公司或可与德国卡尔蔡司一战
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据
　　配备0.55NA光学系统的EXE：5000 预计在2023年建成，并且开始客户的导入和工艺预研工作。预期EXE:5000的曝光分辨率比0.33NA系统提升1.7倍，晶体管密度提升2.9倍 。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据
　　同样的，0.55NA的EUV光刻机将进一步降低光刻掩模版数量和制程步骤：其掩模版数量有望比0.33NA系统降低40%，制程步骤比0.33NA系统降低30% 。
　　ASML认为0.55NA是下一代颠覆性的EUV光刻机技术，而这个代差主要来自光学系统设计：
　　这依赖于前所未有的高精度镜面。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据0.55NA极紫外光刻曝光光学系统的开发进度
　　下图是ASML公布的在德国Zeiss工厂的0.55NA光学计量平台的全景视图。这个为0.55NA光学系统专门建立的工厂已经有6年了，此前我多次给出0.55NA光学系统研制阶段性的进展。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据
　　这是ASML展示的0.55NA的光学透镜物镜中最大的一块 ：直径1米，精度达到0.02nm  (20 pm)。我最近在调研的正是这个镜头的相关具体的技术资料。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据
　　而在ASML的荷兰工厂，0.55NA光学曝光系统的组装设备已经启动。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据
　　目前在全球各地建造的0.55NA光刻机系统4大核心模块：掩模系统 、曝光光学系统 、晶圆系统 、光源系统 均已经通过评估，目前正在进行组装工作。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据ASML的战略规划
　　ASML2018年制定了4大方向的战略，其中主要涉及DUV光刻机、现有的0.33NA光刻机、以及下一代0.55NA光刻机。
　　我们可以从主要的两项指标窥视其直到目前执行的情况：
　　1，0.33NA曝光系统达到3nm的逻辑节点；在这方面，NXE:3600D已经大批量商用化。
　　2，0.55NA曝光系统达到3nm的逻辑节点；目前看，其研发进度还是非常乐观的。
　　2021年9月29日ASML投资者日公布数据EUV光刻机：路漫漫其修远
　　目前商用化的0.33NA EUV曝光光学系统，早在2012年便用在ASML的NXE:3300光刻机上。不知不觉，已经过去10年。而到明年，ASML的下一代0.55 EUV光刻机系统即将成型。
　　德国蔡司2012年推出的6镜头0.33NA EUV曝光光学系统
　　下图是自2010年以来设计的3套6镜头EUV光刻机曝光光学系统：0.25NA，0.33NA，0.55NA。我们可以直观地感受到0.55NA与0.33NA的巨大差异。
　　三代EUV光学系统设计对比图
　　ASML此前给出了248nm KrF DUV光刻机、193nm ArF DUV干式光刻机、193nm ArF DUV浸没式光刻机，以及ADT、NXE:3300、EXE:5000这6代光刻机的系统复杂度。我们从这个图也可以大概了解高端光刻机迭代的技术难度。
　　三代DUV光刻机和三代EUV光刻机系统复杂度参照图未雨绸缪
　　ASML早在10年前开始布局下一代0.55NA EUV光刻机。与之合作的Zeiss在2015年便开始在德国奥伯科亨为下一代0.55NA曝光光学系统制造扩建工厂。
　　2015年：0.55NA光学系统工厂
　　2016年开始，Zeiss开始制造0.55NA系统的庞大的真空腔。
　　2016年：制造计量设备真空腔
　　2016年：Zeiss的第一个0.55NA工厂建筑启动
　　2019年，Zeiss展示了0.55NA工厂建设情况，我们可以看到有EUV研发楼、镀膜厂、计量厂、光学厂、集成厂。
　　2019年：0.55NA光学系统工厂
　　2020年，Zeiss的新工厂已经开始大量制造0.55NA系统的镜头。
　　所以，我们可以非常清晰地看到：
　　在一个具备研发储备、人才队伍、产业环境，并且具备10年的成熟的上一代商业化EUV光刻机制造经验的公司，仍然需要10-15年以上的时间，去打磨下一代的0.55NA光刻机 。
　　2020年9月：Zeiss工厂大量0.55NA镜头制造结语
　　科技发展，不是造楼。
　　中国到底要做什么，以及怎么做？
　　我调研过去二十年的光刻机发展，以及未来十年光刻机的可能形态。
　　而当我们再把这些信息和中国的02专项布局做一个对比，就可以看到明显的差异：
　　1，欧美是以完整的、有延续的、专注的科研人员和团队 去持续在一个领域里做到极致；我前天刚刚介绍过美国Cymer做DUV和EUV光源的乌克兰籍科学家Yulin，之后还会介绍大量这样的专家；
　　ASML研究院＂院士＂
　　而我们的研究往往是大学和研究所组织起来的，一线从事开发的都是硕士生、博士生，一方面没有工程经验，另一方面很多研究生毕业之后人才又流失严重，导致这种复杂工程项目的研究青黄不接。
　　2，欧美在光刻机产业化布局目标非常清晰，长短期目标可执行性强 ，因此通过市场化不断地迭代，在推进过程优化、提升技术水平。
　　而我们02专项花了10年，在EUV领域开发了MET工具，但是既没有产业的布局，也没有研发体系的布局--包括相关制造设备、计量制备、开发设备等，更没有系统性的技术和专利布局。
　　ASML的全球生态链
　　我想中国的每一位普通的科技工作者，都可以在充分的了解欧美商业化的历程、技术演化的过程、具有的人才储备、技术储备、研发体系和工业体系的成熟度基础上，再把这些资料和国家已经公开报道的一些事情做一个对照，就可以大概的了解我们的技术水平在哪里。
　　中国集成电路产业的投资规模达到800亿美元
　　中国在集成电路产业的投资规模达到800亿美元，占到全球投资额的50%。
　　而我们如何解决人才问题，如何解决高精尖技术开发效率问题，以及最为重要的如何解决高精尖技术依赖的研发环境和产业环境缺失的问题呢？
　　欢迎朋友们留言以及参与讨论。