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光刻演進 6/ 6|High-NA EUV 推動 2 奈米世代競爭與挑戰

更新 發佈閱讀 5 分鐘
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大家早安,今天我們要談的是半導體製程的下一個關鍵工具——High-NA EUV。2019 年 EUV 進入量產後,台積電、Intel 和 Samsung 都已在 7 奈米到 3 奈米節點驗證了它的可行性。隨著產業逼近 2 奈米以下,ASML 將數值孔徑(NA)從 0.33 提升到 0.55,推出全新的 EXE 平台。2025 年,第一台 EXE:5200B 已在韓國 SK hynix 工廠完成組裝,象徵 High-NA EUV 正式跨出研發階段。

光刻解析度遵循公式 Resolution ≈ k₁ × λ / NA。過去幾十年,產業先靠縮短波長,再靠改善 k₁ 推進。High-NA 的特殊性在於,它是第一次真正以 NA 的提升作為推進槓桿,將解析度再往下推約 70%,為 2 奈米與 1.4 奈米節點打開通道。

(延伸閱讀:光刻演進 5/6|EUV 光刻技術成為先進製程的唯一選擇


光罩與光阻的雙重挑戰

High-NA 的難點不只是更大機台。鏡頭採用 4×/8× 非等向設計,使 Chief Ray Angle(主射線夾角) 從傳統 EUV 的約 6° 降至 4–5°,確保光線能順利進入透鏡。但隨之而來的問題是 入射角分佈變寬且 X/Y 不對稱,放大了光罩的三維效應,包括陰影效應與相位誤差。傳統 EUV 光罩由 Mo/Si 多層膜反射基底與 TaBN 吸收層構成,在 High-NA 下必須改良。業界正研究低折射率吸收層與更嚴格的基板平整度,同時也需要更精密的 Mask Blank 檢測。

除了光罩,光阻也成為瓶頸。金屬氧化物光阻(例如 Inpria)在 EUV 時代已是解法之一,但在 High-NA 條件下出現更高的隨機缺陷率,成為量產的最大疑慮。這些議題將分別在未來的光罩與材料系列中展開更完整的探討。


命名的演進

ASML 的命名反映了技術世代的變化

  • DUV:XT 系列是最早的量產工具,用於 KrF 與 ArF;NXT 系列代表 ArF 浸潤式世代,例如 NXT:1950i,是 45 奈米到 7 奈米的主力
  • EUV 0.33NA:對應 NXE 系列,數值孔徑 0.33,包括 NXE:3400C、NXE:3600D 到最新的 NXE:3800E,支撐了 5 奈米與 3 奈米量產
  • EUV 0.55NA (High-NA):命名為 EXE 系列,如 EXE:5000 與 EXE:5200B,專為 2 奈米以下世代設計

從 XT → NXT → NXE → EXE,可以看到產業先靠縮短波長,再藉由改善 k1,如今則以提升 NA 推進摩爾定律。

(延伸閱讀:光刻演進 1/ 6|g-line 時代帶動半導體微影量產的起點光刻演進 2/ 6|i-line 技術推動亞微米突破與日本設備崛起光刻演進 3/ 6|KrF 深紫外光登場讓製程跨入新世代光刻演進 4/ 6|ArF 技術展現 DUV 的極限與持續用途


各大廠的不同選擇

在技術上 High-NA 是必要的,但各家廠商的進度與態度差異很大。

  • Intel:最積極的推動者,已接收 EXE:5200B,並將其定位於 14A 節點,目標 2026 年量產。它同時與 imec、ASML、IBM 合作,嘗試把 EUV 延伸至 14 Å,為 GAA 與 CFET 做準備。
  • TSMC:採取保守策略,已接收研發用機台,但公開表示 A14 不需 High-NA,也能持續推進,真正導入可能要到 N2P 或更晚世代。
  • SK hynix:記憶體領域的先行者,在韓國工廠完成首台 EXE:5200B 組裝,鎖定 1b/1c DRAM 開發。
  • Samsung:腳步最不明確,雖傳出考慮購入 High-NA 以加速 2 奈米開發,但因成本與風險高企,進度仍顯觀望。

值得注意的是,產業內部並非一致看好。部分 Intel 主管甚至指出,未來晶片製造可能更多依靠多重曝光與自對準圖案化,High-NA 的角色未必如 EUV 當年那樣不可或缺。


政策與資金的角色

美國 CHIPS Act 簽署現場,象徵政府對半導體的支持。

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High-NA 每台造價超過 3 億美元,且產能有限。美國透過 CHIPS Act 協助 Intel 導入,歐盟則補貼 IMEC 建置先進研究線。這使 High-NA 不只是製程工具,而是國家級戰略資產,直接牽動供應鏈與地緣政治。

High-NA EUV 是 EUV 的自然延伸,也是 2 奈米以下世代的核心實驗。它帶來解析度進步,但同時推高了光罩、光阻與檢測的挑戰。Intel 的激進、TSMC 的穩健、SK hynix 的探索與 Samsung 的觀望,代表了不同的市場策略。未來兩三年,隨著流片結果揭曉,產業才能判斷 High-NA 是必經之路,還是昂貴的過渡。




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