什么是EUV光刻？EUV與DUV光刻的區別

極紫外 (EUV) 光技術是半導體行業變革的關鍵驅動力。光刻是一種在半導體材料上印刷復雜圖案的方法，自半導體時代開始以來，通過使用越來越短的波長而取得了進步。EUV 光刻是迄今為止最短的。經過數十年的發展，第一臺批量購買并準備生產的 EUV ***來自荷蘭半導體公司 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。這會將圖案打印到晶圓上，用于微芯片設計過程中的后續步驟。

計算機的歷史就是半導體工業的歷史，而半導體工業的歷史又是不懈追求小型化的歷史。在該行業從 20 世紀 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量每兩年就會增加一倍）開始遇到該工藝的物理極限。這意味著計算能力的驚人增長和消費者技術成本的降低也面臨著達到極限的危險。從 20 世紀 80 年代到 2000 年代，深紫外 (DUV) 光刻技術推動了下一代小型化，它使用 153 至 248 納米范圍內的較短波長，從而可以在半導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爭公司都在尋求突破，使 EUV 光刻及其更短的波長成為可能。ASML 于 2003 年完成了原型機，但又需要十年時間才能開發出可投入生產的系統。

從那時起，ASML 每隔幾年就會推出下一代 EUV 光刻系統，具有更大的生產能力和低至 13.5 納米的波長。這使得微芯片設計極其精確，并且可以在微芯片上盡可能密集地放置晶體管——簡而言之，它可以實現更快的計算機速度。

EUV 光刻的工作原理

ASML 的 EUV 光刻系統發出波長約為 13.5 納米的光，該波長明顯短于上一代 DUV 光刻所使用的波長，從而能夠在半導體晶圓上印刷更精細的圖案。最先進的微芯片可以具有小至 7、5 和 3 納米的節點，這些節點是通過將半導體晶圓反復通過 EUV 光刻系統而制成的。

盡管您無法在車庫車間中按照這些步驟來制造半導體，但它們對于了解如何改進所涉及的技術以及潛在投資資金的最佳投資地點非常重要。首先，將高強度激光瞄準材料（通常是錫）以產生等離子體（運動中的帶電電子和質子）。然后等離子體發射波長約為 13.5 納米的 EUV 光。

當電路圖案放置在 EUV 光的路徑中時，產生的光被收集并引導通過一系列鏡子和光學器件，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 EUV 光敏感，暴露在其下的區域會發生化學變化，然后被蝕刻。然后可以將新材料沉積在蝕刻區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多達 100 次，以在單個晶圓上創建多層、復雜的電路。

在這些步驟之后，晶圓經過進一步的處理以去除雜質并準備好將芯片切成單獨的芯片。然后將它們包裝用于電子設備。

EUV 與 DUV 光刻

盡管 EUV 光刻系統的大量采購一直在推動超導行業的發展，但考慮到所涉及的巨大成本及其可能帶來的技術進步，DUV 光刻系統的使用仍然更為廣泛。它的優點是已經在制造工廠中使用并接受了使用培訓。

EUV 光刻的波長極短，約為 13.5 納米，可以對芯片上較小的特征進行更精細的蝕刻。就其本身而言，DUV 光刻的工作波長從 153 納米開始。雖然芯片制造商可以將其用于尺寸小至 5 納米或更小的設計，從而突破了物理界限，但 DUV 光只能用于 10 納米以下的尺寸，并且會降低分辨率質量。

EUV 光刻系統不僅需要新技術的啟動成本，而且本質上比 DUV 光刻的設備和維護更昂貴。例如，英特爾在 2023 年安裝的 EUV 光刻系統每套成本為 1.5 億美元。

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

DUV 光刻技術也是眾所周知的：不需要 EUV 光系統所需的額外培訓、新設施和其他主要資本投資。手機、計算機、汽車和機器人中的許多芯片仍然需要 DUV 光技術，并且事實證明它非常強大且用途廣泛。其相對簡單的工藝也意味著 DUV 光刻在單位時間內可以比 EUV 光刻生產更多的芯片，鑒于全球對半導體的需求，這是其優勢的一個重要點。

許多人預計 DUV 光刻技術在未來幾年仍將流行。部分原因是 EUV 光刻的價格以及任何新技術帶來的技術問題。此外，DUV 光刻技術并沒有停滯不前，而是不斷改進它如何幫助制造我們日常生活中許多電子設備中的芯片。

該行業可能正在經歷轉型，雖然 EUV 光將在芯片制造中發揮越來越重要的作用，但 DUV 光刻對于我們日常生活中使用的電子產品的生產仍然至關重要。

EUV光刻的優點和缺點

EUV 光刻是一種相對較新的技術，它具有許多優點，但也有一些缺點需要考慮。

EUV 光刻技術帶來了許多優勢，可能會促進微芯片生產的未來發展。以下是英特爾等半導體公司在該技術上投入大量資金的兩個原因：

EUV 光可以在硅晶圓上產生更復雜、更精細的圖案，從而可以在微芯片上放置更多晶體管。

EUV 光刻減少了創建電路所需的圖案層數（掩模數）。

EUV 光刻有很多優點，但作為一項新技術，考慮它的缺點很重要：

EUV 光刻系統比其他微芯片光刻系統更昂貴。

ASML 是唯一一家制造這些系統的公司，這可能會給希望使用 EUV 光刻或需要機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 光刻系統進行微芯片光刻的產品的公司。

技術不斷進步，對具有越來越密集晶體管的微芯片的需求持續增長。盡管 EUV 光刻技術已達到技術極限，但對其改進或替代技術的研究仍在繼續。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。