極紫外 (EUV) 光技術(shù)是半導(dǎo)體行業(yè)變革的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。光刻是一種在半導(dǎo)體材料上印刷復(fù)雜圖案的方法，自半導(dǎo)體時(shí)代開始以來，通過使用越來越短的波長(zhǎng)而取得了進(jìn)步。EUV 光刻是迄今為止最短的。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，第一臺(tái)批量購(gòu)買并準(zhǔn)備生產(chǎn)的 EUV ***來自荷蘭半導(dǎo)體公司 ASML。

什么是 EUV 光刻？

EUV 光是指用于微芯片光刻的極紫外光，涉及在微芯片晶圓上涂上感光材料并小心地將其曝光。這會(huì)將圖案打印到晶圓上，用于微芯片設(shè)計(jì)過程中的后續(xù)步驟。

計(jì)算機(jī)的歷史就是半導(dǎo)體工業(yè)的歷史，而半導(dǎo)體工業(yè)的歷史又是不懈追求小型化的歷史。在該行業(yè)從 20 世紀(jì) 50 年代到 80 年代中期的初始階段，光刻是通過紫外線和光掩模完成的，將電路圖案投影到硅晶圓上。

在此期間，摩爾定律（1960 年代的格言，即微芯片上的晶體管數(shù)量每?jī)赡昃蜁?huì)增加一倍）開始遇到該工藝的物理極限。這意味著計(jì)算能力的驚人增長(zhǎng)和消費(fèi)者技術(shù)成本的降低也面臨著達(dá)到極限的危險(xiǎn)。從 20 世紀(jì) 80 年代到 2000 年代，深紫外 (DUV) 光刻技術(shù)推動(dòng)了下一代小型化，它使用 153 至 248 納米范圍內(nèi)的較短波長(zhǎng)，從而可以在半導(dǎo)體硅晶圓上留下更小的印記。

在新千年到來之際，世界各地的研究人員和競(jìng)爭(zhēng)公司都在尋求突破，使 EUV 光刻及其更短的波長(zhǎng)成為可能。ASML 于 2003 年完成了原型機(jī)，但又需要十年時(shí)間才能開發(fā)出可投入生產(chǎn)的系統(tǒng)。

從那時(shí)起，ASML 每隔幾年就會(huì)推出下一代 EUV 光刻系統(tǒng)，具有更大的生產(chǎn)能力和低至 13.5 納米的波長(zhǎng)。這使得微芯片設(shè)計(jì)極其精確，并且可以在微芯片上盡可能密集地放置晶體管——簡(jiǎn)而言之，它可以實(shí)現(xiàn)更快的計(jì)算機(jī)速度。

EUV 光刻的工作原理

ASML 的 EUV 光刻系統(tǒng)發(fā)出波長(zhǎng)約為 13.5 納米的光，該波長(zhǎng)明顯短于上一代 DUV 光刻所使用的波長(zhǎng)，從而能夠在半導(dǎo)體晶圓上印刷更精細(xì)的圖案。最先進(jìn)的微芯片可以具有小至 7、5 和 3 納米的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)是通過將半導(dǎo)體晶圓反復(fù)通過 EUV 光刻系統(tǒng)而制成的。

盡管您無法在車庫(kù)車間中按照這些步驟來制造半導(dǎo)體，但它們對(duì)于了解如何改進(jìn)所涉及的技術(shù)以及潛在投資資金的最佳投資地點(diǎn)非常重要。首先，將高強(qiáng)度激光瞄準(zhǔn)材料（通常是錫）以產(chǎn)生等離子體（運(yùn)動(dòng)中的帶電電子和質(zhì)子）。然后等離子體發(fā)射波長(zhǎng)約為 13.5 納米的 EUV 光。

當(dāng)電路圖案放置在 EUV 光的路徑中時(shí)，產(chǎn)生的光被收集并引導(dǎo)通過一系列鏡子和光學(xué)器件，通過掩模或掩模版，其方式大致類似于使用模板在板上繪制圖案。晶圓上一種稱為光刻膠的材料對(duì) EUV 光敏感，暴露在其下的區(qū)域會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，然后被蝕刻。然后可以將新材料沉積在蝕刻區(qū)域以形成微芯片的各種組件。該過程可以使用不同的掩模重復(fù)多達(dá) 100 次，以在單個(gè)晶圓上創(chuàng)建多層、復(fù)雜的電路。

在這些步驟之后，晶圓經(jīng)過進(jìn)一步的處理以去除雜質(zhì)并準(zhǔn)備好將芯片切成單獨(dú)的芯片。然后將它們包裝用于電子設(shè)備。

EUV 與 DUV 光刻

盡管 EUV 光刻系統(tǒng)的大量采購(gòu)一直在推動(dòng)超導(dǎo)行業(yè)的發(fā)展，但考慮到所涉及的巨大成本及其可能帶來的技術(shù)進(jìn)步，DUV 光刻系統(tǒng)的使用仍然更為廣泛。它的優(yōu)點(diǎn)是已經(jīng)在制造工廠中使用并接受了使用培訓(xùn)。

EUV 光刻的波長(zhǎng)極短，約為 13.5 納米，可以對(duì)芯片上較小的特征進(jìn)行更精細(xì)的蝕刻。就其本身而言，DUV 光刻的工作波長(zhǎng)從 153 納米開始。雖然芯片制造商可以將其用于尺寸小至 5 納米或更小的設(shè)計(jì)，從而突破了物理界限，但 DUV 光只能用于 10 納米以下的尺寸，并且會(huì)降低分辨率質(zhì)量。

EUV 光刻系統(tǒng)不僅需要新技術(shù)的啟動(dòng)成本，而且本質(zhì)上比 DUV 光刻的設(shè)備和維護(hù)更昂貴。例如，英特爾在 2023 年安裝的 EUV 光刻系統(tǒng)每套成本為 1.5 億美元。

這種成本使得 DUV 光刻系統(tǒng)成為不需要 EUV 光刻較小尺寸的用途的首選。

DUV 光刻技術(shù)也是眾所周知的：不需要 EUV 光系統(tǒng)所需的額外培訓(xùn)、新設(shè)施和其他主要資本投資。手機(jī)、計(jì)算機(jī)、汽車和機(jī)器人中的許多芯片仍然需要 DUV 光技術(shù)，并且事實(shí)證明它非常強(qiáng)大且用途廣泛。其相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝也意味著 DUV 光刻在單位時(shí)間內(nèi)可以比 EUV 光刻生產(chǎn)更多的芯片，鑒于全球?qū)Π雽?dǎo)體的需求，這是其優(yōu)勢(shì)的一個(gè)重要點(diǎn)。

許多人預(yù)計(jì) DUV 光刻技術(shù)在未來幾年仍將流行。部分原因是 EUV 光刻的價(jià)格以及任何新技術(shù)帶來的技術(shù)問題。此外，DUV 光刻技術(shù)并沒有停滯不前，而是不斷改進(jìn)它如何幫助制造我們?nèi)粘Ｉ钪性S多電子設(shè)備中的芯片。

該行業(yè)可能正在經(jīng)歷轉(zhuǎn)型，雖然 EUV 光將在芯片制造中發(fā)揮越來越重要的作用，但 DUV 光刻對(duì)于我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫碾娮赢a(chǎn)品的生產(chǎn)仍然至關(guān)重要。

EUV光刻的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

EUV 光刻是一種相對(duì)較新的技術(shù)，它具有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些缺點(diǎn)需要考慮。

EUV 光刻技術(shù)帶來了許多優(yōu)勢(shì)，可能會(huì)促進(jìn)微芯片生產(chǎn)的未來發(fā)展。以下是英特爾等半導(dǎo)體公司在該技術(shù)上投入大量資金的兩個(gè)原因：

EUV 光可以在硅晶圓上產(chǎn)生更復(fù)雜、更精細(xì)的圖案，從而可以在微芯片上放置更多晶體管。

EUV 光刻減少了創(chuàng)建電路所需的圖案層數(shù)（掩模數(shù)）。

EUV 光刻有很多優(yōu)點(diǎn)，但作為一項(xiàng)新技術(shù)，考慮它的缺點(diǎn)很重要：

EUV 光刻系統(tǒng)比其他微芯片光刻系統(tǒng)更昂貴。

ASML 是唯一一家制造這些系統(tǒng)的公司，這可能會(huì)給希望使用 EUV 光刻或需要機(jī)器支持的公司造成瓶頸。

迄今為止，ASML 是唯一一家制造和銷售使用 EUV 光刻系統(tǒng)進(jìn)行微芯片光刻的產(chǎn)品的公司。

技術(shù)不斷進(jìn)步，對(duì)具有越來越密集晶體管的微芯片的需求持續(xù)增長(zhǎng)。盡管 EUV 光刻技術(shù)已達(dá)到技術(shù)極限，但對(duì)其改進(jìn)或替代技術(shù)的研究仍在繼續(xù)。未來，多電子束、X射線光刻、納米壓印光刻和量子光刻都可能取代EUV光刻。

極紫外光用于微芯片的生產(chǎn)。EUV 光刻在制造過程中在硅晶圓上印刷圖案。

UV 光用于微芯片光刻，以產(chǎn)生創(chuàng)建微芯片所需的圖案，盡管其尺寸比以前的光刻技術(shù)小得多。然而，由于它的新穎性，只有 ASML 一家公司制造使用它的機(jī)器，而且成本昂貴。隨著技術(shù)的成熟，它應(yīng)該在微芯片生產(chǎn)的未來發(fā)展中發(fā)揮核心作用。

編輯：黃飛

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