EUV极紫外光刻技术

（1）极紫外光

波长为 13.5nm 的极紫外 (EUV) 光刻系统的最新发展，以取代 193i 光刻。为了应对多图案成本上升的趋势，EUV 系统在曝光吞吐量（每小时晶圆数），曝光强度和系统正常运行时间方面已达到生产状态。

 

 

 如上图所示，业界正在积极开展研发工作，以发布第二代 EUV 系统。该系统将在透镜路径中加入更高的数值孔径 (NA = 0.55)，从而实现更精细的间距分辨率，并再次重新校准 EUV 多重图案化与第一代 NA=0.33 设备的每层成本趋势。

可以肯定的是，EUV 系统是一个工程奇迹。然而，EUV 光刻演化的一个经常被低估的方面是相应光刻胶材料的相应开发工作。

（2）光刻胶基础知识

将涂有光刻胶的硅片选择性地暴露于高能光子（或高能电子）会导致原始材料的化学键构型发生变化。对于（正性）有机光刻胶聚合物（organic photoresist polymer），入射光子会导致“脱保护”（deprotection）化学反应；随后的步骤是将曝光的硅片浸入显影剂中，从而溶解脱保护的聚合物。虽然每个新工艺节点的尺寸目标更加严格，但基本目标并没有真正改变：

• 对光子波长/能量的高吸光度和选择性 (E=h*f)：目标是更低的光子剂量 (mJ/cm**2) 和更大的曝光宽容度

 

 

 EUV光刻机

EUV光刻机已经成为芯片制造的支柱，台积电和三星等晶圆厂这几年不断追逐5nm和3nm等先进工艺，本身就是EUV光刻机采购大户，再加上现在这几大晶圆厂纷纷扩产建厂，无疑又加大了对EUV光刻机的需求。

而现在除了晶圆厂等逻辑厂商之外，存储厂商也逐渐来到光刻机采用阶段，甚至与ASML签下多年的大单。

EUV光刻机的争夺战，逐渐白热化。

 

晶圆厂拥抱EUV光刻机，英特尔加倍重视

多个研究表明，在三大晶圆厂中，英特尔迄今为止购买的EUV工具相对较少，并且尚未开始购买这些极其昂贵，交货时间非常长，供应受限的系统。

据Mizuho Securities Asia Limited的一份关于ASML的报告，其预测了EUV客户台积电、三星、英特尔的购买情况，如下图所示，相对来说，英特尔处于落后地位，这与其在工艺节点的落后有关。

ASML宣布，其在 2020 年出货了31台EUV工具。虽然这表明EUV现已达到成熟，但仍低于其 35 台出货计划。然而，未能达标的部分原因是英特尔有据可查的7nm延迟：这减少了ASML四个单位的出货量。

 

 

 

 

 

 每种光有着不同的波长，相应地各自的折射率不同。原来七种颜色的光是平行的，混合在一起看起来是白色，经过折射后每种颜色的光有不同的折射角，彼此间不再平行，而是变成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色7种颜色。

 

 

 X射线的波长从0.001nm到10nm。而更小的波长意味着可以减少光波的衍射，利于形成微小清晰的影像。EUV极紫外光刻技术，现今技术相对成熟，光学特性佳，经济性好。而x射线光刻机技术，具有更好的穿透性，可以成形的纵横比更高，制造下一代3D晶体管与更小纳米的芯片。

 

 

 

下一代EUV光刻机

多年来，芯片制造商使用基于光学的193nm波长光刻扫描仪来对芯片中最先进的功能进行图案化。通过多重图案化，芯片制造商已将193纳米光刻技术扩展到10或7纳米。但是在5nm处，当前的光刻技术已经失去动力。所以EUV光刻机就被推上历史舞台，这将NA（breaking index）从大约1.0提高到大约1.35纳米。

 

 

 

 

 ASML的EUV光刻机目前使用的还是第一代，EUV光源波长在13.5nm左右，物镜的NA数值孔径是0.33，发展了一系列型号。但是，现在第一代的EUV光刻机的NA指标太低，解析度不够。所以在第一代EUV光刻机你争我抢的局面下，下一代光刻机也在被呼唤。

在ASML的规划中，第二代EUV光刻机的型号将是NXE：5000系列，其物镜的NA将提升到0.55，进一步提高光刻精度，半导体工艺想要突破1nm制程，就必须靠下一代光刻机。不过这也将更加昂贵，其成本超过一架飞机，预计成本超过3亿美元。

但下一代high-NA EUV的演进却不是那么容易，未来工艺节点向高数值孔径（“high NA”）光刻的过渡不仅需要来自系统供应商（例如 ASML）的巨大工程创新，还需要对合适的光刻胶材料进行高级开发。EUV光刻演化的一个经常被低估的方面是相应光刻胶材料的相应开发工作，寻找合适的光刻胶必须与系统开发同时进行。

High-NA EUV光刻系统将始于N2、N2+技术节点，ASML预计将在2022年完成第一台High-NA EUV光刻机系统的验证，并计划在2023年交付给客户。ASML宣布，它现在预计High-NA设备将在 2025 年或2026年（由其客户）进入商业量产。如三星、台积电和英特尔等的客户们也一直呼吁开发High-NA 生态系统以避免延误。

 

参考链接：

https://www.gelonghui.com/p/473007

https://www.huxiu.com/article/441068.html

https://www.gelonghui.com/p/473007