EUV極紫外光刻技術(shù)
（1）極紫外光
波長(zhǎng)為 13.5nm 的極紫外 (EUV) 光刻系統(tǒng)的最新發(fā)展，以取代 193i 光刻。為了應(yīng)對(duì)多圖案成本上升的趨勢(shì)，EUV 系統(tǒng)在曝光吞吐量（每小時(shí)晶圓數(shù)），曝光強(qiáng)度和系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間方面已達(dá)到生產(chǎn)狀態(tài)。

如上圖所示，業(yè)界正在積極開展研發(fā)工作，以發(fā)布第二代 EUV 系統(tǒng)。該系統(tǒng)將在透鏡路徑中加入更高的數(shù)值孔徑 (NA = 0.55)，從而實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的間距分辨率，并再次重新校準(zhǔn) EUV 多重圖案化與第一代 NA=0.33 設(shè)備的每層成本趨勢(shì)。
可以肯定的是，EUV 系統(tǒng)是一個(gè)工程奇跡。然而，EUV 光刻演化的一個(gè)經(jīng)常被低估的方面是相應(yīng)光刻膠材料的相應(yīng)開發(fā)工作。
（2）光刻膠基礎(chǔ)知識(shí)
將涂有光刻膠的硅片選擇性地暴露于高能光子（或高能電子）會(huì)導(dǎo)致原始材料的化學(xué)鍵構(gòu)型發(fā)生變化。對(duì)于（正性）有機(jī)光刻膠聚合物（organic photoresist polymer），入射光子會(huì)導(dǎo)致“脫保護(hù)”（deprotection）化學(xué)反應(yīng)；隨后的步驟是將曝光的硅片浸入顯影劑中，從而溶解脫保護(hù)的聚合物。雖然每個(gè)新工藝節(jié)點(diǎn)的尺寸目標(biāo)更加嚴(yán)格，但基本目標(biāo)并沒有真正改變：
? 對(duì)光子波長(zhǎng)/能量的高吸光度和選擇性 (E=h*f)：目標(biāo)是更低的光子劑量 (mJ/cm**2) 和更大的曝光寬容度

EUV光刻機(jī)
EUV光刻機(jī)已經(jīng)成為芯片制造的支柱，臺(tái)積電和三星等晶圓廠這幾年不斷追逐5nm和3nm等先進(jìn)工藝，本身就是EUV光刻機(jī)采購(gòu)大戶，再加上現(xiàn)在這幾大晶圓廠紛紛擴(kuò)產(chǎn)建廠，無疑又加大了對(duì)EUV光刻機(jī)的需求。
而現(xiàn)在除了晶圓廠等邏輯廠商之外，存儲(chǔ)廠商也逐漸來到光刻機(jī)采用階段，甚至與ASML簽下多年的大單。
EUV光刻機(jī)的爭(zhēng)奪戰(zhàn)，逐漸白熱化。

晶圓廠擁抱EUV光刻機(jī)，英特爾加倍重視
多個(gè)研究表明，在三大晶圓廠中，英特爾迄今為止購(gòu)買的EUV工具相對(duì)較少，并且尚未開始購(gòu)買這些極其昂貴，交貨時(shí)間非常長(zhǎng)，供應(yīng)受限的系統(tǒng)。
據(jù)Mizuho Securities Asia Limited的一份關(guān)于ASML的報(bào)告，其預(yù)測(cè)了EUV客戶臺(tái)積電、三星、英特爾的購(gòu)買情況，如下圖所示，相對(duì)來說，英特爾處于落后地位，這與其在工藝節(jié)點(diǎn)的落后有關(guān)。
ASML宣布，其在 2020 年出貨了31臺(tái)EUV工具。雖然這表明EUV現(xiàn)已達(dá)到成熟，但仍低于其 35 臺(tái)出貨計(jì)劃。然而，未能達(dá)標(biāo)的部分原因是英特爾有據(jù)可查的7nm延遲：這減少了ASML四個(gè)單位的出貨量。



每種光有著不同的波長(zhǎng)，相應(yīng)地各自的折射率不同。原來七種顏色的光是平行的，混合在一起看起來是白色，經(jīng)過折射后每種顏色的光有不同的折射角，彼此間不再平行，而是變成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色7種顏色。

X射線的波長(zhǎng)從0.001nm到10nm。而更小的波長(zhǎng)意味著可以減少光波的衍射，利于形成微小清晰的影像。EUV極紫外光刻技術(shù)，現(xiàn)今技術(shù)相對(duì)成熟，光學(xué)特性佳，經(jīng)濟(jì)性好。而x射線光刻機(jī)技術(shù)，具有更好的穿透性，可以成形的縱橫比更高，制造下一代3D晶體管與更小納米的芯片。

下一代EUV光刻機(jī)
多年來，芯片制造商使用基于光學(xué)的193nm波長(zhǎng)光刻掃描儀來對(duì)芯片中最先進(jìn)的功能進(jìn)行圖案化。通過多重圖案化，芯片制造商已將193納米光刻技術(shù)擴(kuò)展到10或7納米。但是在5nm處，當(dāng)前的光刻技術(shù)已經(jīng)失去動(dòng)力。所以EUV光刻機(jī)就被推上歷史舞臺(tái)，這將NA（breaking index）從大約1.0提高到大約1.35納米。

ASML的EUV光刻機(jī)目前使用的還是第一代，EUV光源波長(zhǎng)在13.5nm左右，物鏡的NA數(shù)值孔徑是0.33，發(fā)展了一系列型號(hào)。但是，現(xiàn)在第一代的EUV光刻機(jī)的NA指標(biāo)太低，解析度不夠。所以在第一代EUV光刻機(jī)你爭(zhēng)我搶的局面下，下一代光刻機(jī)也在被呼喚。
在ASML的規(guī)劃中，第二代EUV光刻機(jī)的型號(hào)將是NXE：5000系列，其物鏡的NA將提升到0.55，進(jìn)一步提高光刻精度，半導(dǎo)體工藝想要突破1nm制程，就必須靠下一代光刻機(jī)。不過這也將更加昂貴，其成本超過一架飛機(jī)，預(yù)計(jì)成本超過3億美元。
但下一代high-NA EUV的演進(jìn)卻不是那么容易，未來工藝節(jié)點(diǎn)向高數(shù)值孔徑（“high NA”）光刻的過渡不僅需要來自系統(tǒng)供應(yīng)商（例如 ASML）的巨大工程創(chuàng)新，還需要對(duì)合適的光刻膠材料進(jìn)行高級(jí)開發(fā)。EUV光刻演化的一個(gè)經(jīng)常被低估的方面是相應(yīng)光刻膠材料的相應(yīng)開發(fā)工作，尋找合適的光刻膠必須與系統(tǒng)開發(fā)同時(shí)進(jìn)行。
High-NA EUV光刻系統(tǒng)將始于N2、N2+技術(shù)節(jié)點(diǎn)，ASML預(yù)計(jì)將在2022年完成第一臺(tái)High-NA EUV光刻機(jī)系統(tǒng)的驗(yàn)證，并計(jì)劃在2023年交付給客戶。ASML宣布，它現(xiàn)在預(yù)計(jì)High-NA設(shè)備將在 2025 年或2026年（由其客戶）進(jìn)入商業(yè)量產(chǎn)。如三星、臺(tái)積電和英特爾等的客戶們也一直呼吁開發(fā)High-NA 生態(tài)系統(tǒng)以避免延誤。

參考鏈接：
https://www.gelonghui.com/p/473007
https://www.huxiu.com/article/441068.html
https://www.gelonghui.com/p/473007

總結(jié)

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