隨著2nm量產(chǎn)在即，英特爾、三星、臺積電以及IMEC等研究機構(gòu)都將工藝開發(fā)的重點瞄準了新一代工藝技術(shù)。進入埃米時代，先進工藝的開發(fā)與生產(chǎn)大概率將采用High-NA EUV光刻機，對于High-NA EUV及相關(guān)工藝的研究也熱了起來。ASML與Imec于3月中宣布簽署新的戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議，重點關(guān)注半導(dǎo)體研究與可持續(xù)創(chuàng)新。 Imec也與蔡司加強合作，目標指向High-NA EUV及相關(guān)工藝的應(yīng)用與開發(fā)。

2nm 工藝競速

2nm的量產(chǎn)與應(yīng)用是2025年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一大看點。臺積電、英特爾、三星都將交付2nm的時間點訂在2025年。

臺積電在2025年北美技術(shù)研討會上透露，該公司有望在今年下半年開始大規(guī)模生產(chǎn)N2（2nm 級）芯片，將實現(xiàn)所謂的“全節(jié)點改進”，首個依賴環(huán)繞柵極（GAA）納米片晶體管的生產(chǎn)技術(shù)。與N3E相比，性能提升10%至15%，功耗降低25%至30%，晶體管密度提升15%。產(chǎn)能在年底前有望達到5萬片，甚至有機會邁上8萬片臺階。

英特爾在此前召開的2025愿景大會上也宣布，其Intel 18A工藝節(jié)點已進入風(fēng)險生產(chǎn)。這是一個關(guān)鍵的生產(chǎn)里程碑，標志著該節(jié)點目前處于小批量測試生產(chǎn)運行的早期階段。英特爾處理器Panther Lake很可能是風(fēng)險生產(chǎn)的產(chǎn)品。有消息稱，在未來舉行的2025年VLSI研討會上，英特爾將詳細介紹18A的情況。綜合此前釋出的資料，18A制造技術(shù)是英特爾首個采用環(huán)繞柵極（GAA）RibbonFET晶體管并采用PowerVia背面供電網(wǎng)絡(luò)（BSPDN）的節(jié)點。與采用Intel 3工藝技術(shù)制造的相同模塊相比，Intel 18A制造工藝在相同電壓（1.1V）和復(fù)雜度下，性能提升25%，在相同頻率和1.1V電壓下，功耗降低36%。

三星電子的晶圓代工部門財務(wù)狀況不佳，繼2023年錄得2萬億韓元的運營虧損后，去年該部門的虧損額預(yù)計翻倍至4萬億韓元，2025年可能再虧損3萬億韓元。自全永鉉（Jeon Young-hyun）接任半導(dǎo)體部門負責(zé)人以來，該公司已放緩資本支出。但是，三星電子并沒有放緩對先進工藝的開發(fā)。有消息稱，三星的新一代自研移動處理器Exynos 2600將采用自家2nm工藝（SF2），目前試產(chǎn)初始良率達到了預(yù)計的30%。另有消息稱，高通的下一代處理器的代工生產(chǎn)也將再度探索使用雙重采購方案 ，利用臺積電和三星代工廠的技術(shù)來降低生產(chǎn)成本。

伴隨2nm工藝的推進，廠商也在提前布局再下一代工藝的開發(fā)。據(jù)報道，三星電子目標在2027年將1.4nm的SF1.4制程量產(chǎn)。在2025年北美技術(shù)研討會上臺積電還透露了計劃在2026年底推出A16芯片制程，2028年開始使用A14制程的計劃。而根據(jù)英特爾代工的最新路線圖，Intel 14A（1.4nm級）節(jié)點將于2026年投入生產(chǎn)，Intel 10A（1nm級）將于2027年底開始開發(fā)或生產(chǎn)。在此情況下，各大廠商對High-NA EUV光刻工藝開發(fā)也提上議程。

EUV光刻工藝持續(xù)進階

英特爾是首家購買 High-NA EUV光刻機的芯片廠商。2024年，英特爾在其位于俄勒岡州希爾斯伯勒附近的D1開發(fā)工廠安裝并開始使用兩臺ASML High-NA Twinscan EXE:5000 EUV。英特爾工程師 Steve Carson在此前召開的2025年SPIE先進光刻 + 圖案會議上透露，已使用這些系統(tǒng)在一個季度內(nèi)處理了多達3萬片晶圓。英特爾工廠的早期結(jié)果顯示，高數(shù)值孔徑機器僅用一次曝光和“個位數(shù)”的處理步驟就能完成早期機器需要三次曝光和大約40個處理步驟才能完成的工作。

imec也在2025年SPIE 先進光刻+圖案會議上展示了在單次曝光High-NA EUV光刻后圖案化的20nm間距金屬線結(jié)構(gòu)上獲得的首個電氣測試結(jié)果，使用金屬氧化物（MOR）負性光刻膠進行單次High-NA EUV圖案化后獲得的 20nm 間距的金屬化線結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出 90% 以上的良率。此外，imec 還宣布在其與 ASML 合作的High-NA EUV光刻實驗室首次成功利用High-NA EUV光刻機曝光了邏輯和 DRAM 的圖案結(jié)構(gòu)。在邏輯圖案方面，成功圖案化了單次曝光隨機邏輯機構(gòu)，實現(xiàn)了9.5nm 密集金屬線（對應(yīng) 19nm Pitch），將端到端間距尺寸降低至 20nm 以下，還實現(xiàn)了中心間距 30nm 的隨機通孔，展現(xiàn)了出色的圖案保真度和臨界尺寸一致性，并構(gòu)建了 P22nm 間距的二維特征，顯示了新一代光刻技術(shù)在二維布線方面的潛力。在 DRAM 領(lǐng)域，成功利用單次曝光圖案化了集成 SNLP 和位線外圍的 DRAM 設(shè)計，展現(xiàn)了High-NA EUV減少曝光次數(shù)的能力。

三星是業(yè)內(nèi)首批成功將EUV工藝應(yīng)用于DRAM生產(chǎn)的公司之一，在 EUV 工藝方面占據(jù)優(yōu)勢。但三星目前在1a DRAM的量產(chǎn)競爭中落后于 SK 海力士。為了提升競爭力，三星正積極引進High-NA EUV設(shè)備，預(yù)計 2025 年中期開始運行其首臺High-NA EUV光刻機。據(jù)悉，SK 海力士也在購買 High-NA EUV設(shè)備，預(yù)計 2025 年下半年首批接收這些設(shè)備。

同時也有消息稱，臺積電為了滿足2nm的量產(chǎn)需求，也加大了對EUV光刻機的采購力度，其在2024年就訂購了30臺，并且計劃在2025年再訂購35臺，其中包括High-NA EUV光刻機。此前臺積電并未把如此高價格的High-NA EUV作為重點。

EUV 光刻機的迭代藍圖

ASML的標準型數(shù)值孔徑極紫外光刻機（NA EUV）目前可以打印13.5納米的關(guān)鍵尺寸，通過單次曝光，可以產(chǎn)生26nm的最小金屬間距和25-30nm尖端到尖端的近似互連空間間距，這一尺寸可以進行4/5nm節(jié)點制程的生產(chǎn)。然而，業(yè)界仍在不斷推進先進制程的腳步。

如果想要再進一步提升EUV光刻機的分辨率就要從NA指標上下手?！癗A”即光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，表示光線的入射角度。使用更大的NA透鏡可以打印出更小的特征尺寸，標準EUV使用的是NA=0.33的物鏡系統(tǒng)，High-NA EUV使用的是NA=0.55的光學(xué)系統(tǒng)。分辨率也由13.5nm提升到了8nm，可以實現(xiàn)16nm的最小金屬間距，對于2nm以下制程節(jié)點非常有用。

Imec預(yù)計，即使對于1nm節(jié)點，High-NA EUV系統(tǒng)也能提供解決方案。另外，在生產(chǎn)效率方面，High-NA EUV系統(tǒng)每小時可光刻超過185片晶圓，與已在大批量制造中使用的EUV系統(tǒng)相比還有所增加。ASML還制定了到2025年將High-NA EUV的生產(chǎn)效率提高到每小時220片晶圓的路線圖。

除High-NA EUV外，有消息表示，ASML還在計劃開發(fā)更新一代Hyper-NAEUV光刻機。ASML 前總裁兼首席技術(shù)官、現(xiàn)任公司顧問 Martin van den Brink 在2024年的 imec ITF World 的演講中表示，ASML 計劃在 2030 年左右正式推出 Hyper - NA EUV 光刻機，其數(shù)值孔徑（NA）將達到 0.75，以便實現(xiàn)更高分辨率的圖案化及更小的晶體管特征。

從目前人們規(guī)劃的晶體管技術(shù)路線圖來看，2030年將進入7埃米（0.7nm）時代，2032年有望演進到5埃米（0.5nm），2036年有望實現(xiàn)2埃米（0.2nm）。這就有必要開發(fā)再下一代的EUV光刻機。

如果想要進一步推進光刻設(shè)備的進步，比如開發(fā)Hyper-NA EUV，增加投影光學(xué)元件的數(shù)值孔徑，將面臨更多挑戰(zhàn)。一方面，光的偏振問題較為突出，從 0.55NA 左右開始光的偏振就會影響對比度，高于 0.55NA 時偏振會破壞對比度，需要偏振器來避免，但偏振器會阻擋光線、降低能效并增加生產(chǎn)成本。標準EUV Twinscan NXE 售價約為1.83 億美元。High-NA EUV 的Twinscan EXE的售價約為3.8 億美元。未來的Hyper-NA EUV的成本預(yù)計將會更高。另一方面，光刻膠方面也存在挑戰(zhàn)，在 0.55NA 時光刻膠就已經(jīng)變薄，這將給蝕刻選擇性帶來更多挑戰(zhàn)。

不過，目前 Hyper - NA EUV 光刻機還處于早期開發(fā)階段，距離實際量產(chǎn)和應(yīng)用還有較長時間，相關(guān)技術(shù)仍在不斷研究和探索中。