什么是EUV光刻机？为什么大家都在追求它？

ASML最新的NEX:3400C光刻机

起首我们相识一下什么是EUV光刻机

在《超能教室(66)：沙子做的CPU，凭什么卖那么贵？》这批文章中我们已经先容过芯片是怎么造出来的了，紫外线曝光是个中一步，而这个步调就是由光刻机所执行的，它是芯片出产的焦点，也是这个步调抉择了芯片的制程工艺。

而光刻的事变道理，各人可以想象一下胶片照片的冲洗，掩膜版就相等于胶片，而光刻机就是冲洗台，它把掩膜版上的芯片电路一个个的复制到光刻胶薄膜上，然后通过刻蚀技能把电路“画”在晶圆上。

其时现实进程必定没这么简朴，上图是ASML典范的陶醉式步进扫描光刻机为例来看下光刻机是怎么事变的——起首是激光器发光，颠末改正、能量节制器、光束成型装置等之后进入光掩膜台，上面放的就计划公司做好的光掩膜，之后颠末物镜投射到曝光台，这里放的就是8寸可能12英寸晶圆，上面涂抹了光刻胶，具有光敏感性，紫外光就会在晶圆上蚀刻出电路。

而激光器认真光源发生，而光源对制程工艺是抉择性影响的，跟着半导体家产节点的不绝晋升，光刻机缩激光波长也在不绝的缩小，从436nm、365nm的近紫外（NUV）激光进入到246nm、193nm的深紫外（DUV）激光，此刻DUV光刻机是今朝大量应用的光刻机，波长是193nm，光源是ArF（氟化氩）准分子激光器，从45nm到10/7nm工艺都可以行使这种光刻机，可是到了7nm这个节点已经的DUV光刻的极限，以是Intel、三星和台积电城市在7nm这个节点引入极紫外光（EUV）光刻技能，而GlobalFoundries昔时也曾经研究过7nm EUV工艺，只不外此刻已经放弃了。

而行使极紫外光（EUV）作为光源的光刻机就是EUV光刻机，虽然这绝对不是纯真只换个光源这么简朴。

为什么必要EUV光刻？

此刻所用的193nm光源DUV着实是2000年月就开始行使的了，然而在更短波长光源技能上卡住了，157nm波长的光刻技能着实在2003年就有光刻机了，然而比拟193nm波长的前进只有25%，但因为157nm的光波会比193nm所用的镜片接收，镜片和光刻胶都要从头研制，再加上其时本钱更低的浸入式193nm技能已经出来了，以是193nm DUV光刻一向用到此刻。

虽然各人必然想知道为啥统一光源为什么可以衍生出这么多差异工艺节点，以Intel为例，2000年用的是180nm，而此刻已经是10nm了，着实光刻机抉择了半导体工艺的制程工艺，光刻机的精度跟光源的波长、物镜的数值孔径是有相关的，有公式可以计较：

光刻机判别率=k1*λ/NA

k1是常数，差异的光刻机k1差异，λ指的是光源波长，NA是物镜的数值孔径，以是光刻机的判别率就取决于光源波长及物镜的数值孔径，波长越短越好，NA越大越好，这样光刻机判别率就越高，制程工艺越先辈。

最初的浸入式光刻就是很简朴的在晶圆光刻胶上加1mm厚的水，水可以把193nm的光波长折射成134nm，其后不绝改造高NA镜片、多光照、FinFET、Pitch-split以及波段铃木的光刻胶等技能，一只用到此刻的7nm/10nm，但这已经是193nm光刻机的极限了。

在现有技能前提上，NA数值孔径并不轻易晋升，今朝行使的镜片NA值是0.33，各人也许还记得之前有过一个消息，就是ASML投入20亿美元入股卡尔·蔡司公司，两边将相助研发新的EUV光刻机，很多人不知道EUV光刻机跟蔡司有什么相关，此刻应该大白了，ASML跟蔡司相助就是研发NA 0.5的光学镜片，这是EUV光刻机将来进一步晋升判别率的要害，不外高NA的EUV光刻机至少是2025-2030年的事了，还早着呢，光学镜片的前进比电子产物难多了。

NA数值一时刻不能晋升，以是光刻机就选择了改变光源，用13.5nm波长的EUV代替193nm的DUV光源，这样也能大幅晋升光刻机的判别率。

在上世纪90年月后半期，各人都在探求代替193nm光刻光源的技能，提出了包罗157nm光源、电子束投射、离子投射、X射线和EUV，目前后刻的功效来看只有EUV是乐成了。当初由Intel和美国能源部牵头，荟萃了摩托罗拉、AMD等公司尚有美国的三大国度尝试室构成EUV LLC，ASML也被约请进入成为EUV LLC的一份子。在1997到2003年间，EUV LLC的几百位科学家颁发了大量论文，证明白EUV光刻机的可行性，然后EUV LLC驱逐。

2006年环球首台EUV光刻机原型

接下来ASML在2006年推出了EUV光刻机的原型，2007年制作了10000平方米的无尘事变室，在2010年造出了第一台研发用样机NXE3100，到了2015年末于造出了可量产的样机，而在这研发进程中，Intel、三星、台积电这些半导体大厂的输血是绝对不少的。

作为环球独逐一家能EUV光刻机的厂家，ASML天然得到了大量的订单，截至至2019年第二季度，ASML的NEX:3400B EUV光刻机的装机数已经多达38台，而下半年他们推出了服从更高的NEX:3400C光刻机，而在2019年整年一共交付了26套EUV光刻机，为他们带来了27.89亿欧元的收入，占了整年收入的31%，而整年卖了82台的ArFi远紫外光光刻机才进账47.67亿欧元，可见一套EUV光刻机是何等的赚钱。

新的NEX:3400C产能从原本的125每小时晶圆晋升到170每小时晶圆，销量大幅晋升（图片来历：wikichip）

（编辑：湖南网）

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