超能网▲超能课堂(217)什么是EUV光刻机？为什么大家都在追求它？
近些年来EUV光刻这个词大家应该听得越来越多 ， 三星在去年发布的Exynos9825SoC就是首款采用7nmEUV工艺打造的芯片 ， 台积电的7nm+也是他们首次使用EUV光刻的工艺 ， 苹果的A13和华为麒麟990用的就是这工艺 ， Intel也打算在他们的7nm节点上切入到EUV工艺 ， 为什么这些半导体巨头们都在追捧EUV工艺呢？
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ASML最新的NEX:3400C光刻机
【超能网▲超能课堂(217)什么是EUV光刻机？为什么大家都在追求它？】首先我们了解一下什么是EUV光刻机
在《超能课堂(66)：沙子做的CPU ， 凭什么卖那么贵？》这批文章中我们已经介绍过芯片是怎么造出来的了 ， 紫外线曝光是其中一步 ， 而这个步骤就是由光刻机所执行的 ， 它是芯片生产的核心 ， 也是这个步骤决定了芯片的制程工艺 。
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而光刻的工作原理 ， 大家可以想象一下胶片照片的冲洗 ， 掩膜版就相当于胶片 ， 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 ， 然后通过刻蚀技术把电路“画”在晶圆上 。
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当时实际过程肯定没这么简单 ， 上图是ASML典型的沉浸式步进扫描光刻机为例来看下光刻机是怎么工作的——首先是激光器发光 ， 经过矫正、能量控制器、光束成型装置等之后进入光掩膜台 ， 上面放的就设计公司做好的光掩膜 ， 之后经过物镜投射到曝光台 ， 这里放的就是8寸或者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 。
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而激光器负责光源产生 ， 而光源对制程工艺是决定性影响的 ， 随着半导体工业节点的不断提升 ， 光刻机缩激光波长也在不断的缩小 ， 从436nm、365nm的近紫外（NUV）激光进入到246nm、193nm的深紫外（DUV）激光 ， 现在DUV光刻机是目前大量应用的光刻机 ， 波长是193nm ， 光源是ArF（氟化氩）准分子激光器 ， 从45nm到10/7nm工艺都可以使用这种光刻机 ， 但是到了7nm这个节点已经的DUV光刻的极限 ， 所以Intel、三星和台积电都会在7nm这个节点引入极紫外光（EUV）光刻技术 ， 而GlobalFoundries当年也曾经研究过7nmEUV工艺 ， 只不过现在已经放弃了 。
而使用极紫外光（EUV）作为光源的光刻机就是EUV光刻机 ， 当然这绝对不是单纯只换个光源这么简单 。
为什么需要EUV光刻？
现在所用的193nm光源DUV其实是2000年代就开始使用的了 ， 然而在更短波长光源技术上卡住了 ， 157nm波长的光刻技术其实在2003年就有光刻机了 ， 然而对比193nm波长的进步只有25% ， 但由于157nm的光波会比193nm所用的镜片吸收 ， 镜片和光刻胶都要重新研制 ， 再加上当时成本更低的浸入式193nm技术已经出来了 ， 所以193nmDUV光刻一直用到现在 。
当然大家一定想知道为啥同一光源为什么可以衍生出这么多不同工艺节点 ， 以Intel为例 ， 2000年用的是180nm ， 而现在已经是10nm了 ， 其实光刻机决定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关系的 ， 有公式可以计算：
光刻机分辨率=k1*λ/NA
k1是常数 ， 不同的光刻机k1不同 ， λ指的是光源波长 ， NA是物镜的数值孔径 ， 所以光刻机的分辨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 ， 这样光刻机分辨率就越高 ， 制程工艺越先进 。
最初的浸入式光刻就是很简单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 ， 后来不断改进高NA镜片、多光照、FinFET、Pitch-split以及波段铃木的光刻胶等技术 ， 一只用到现在的7nm/10nm ， 但这已经是193nm光刻机的极限了 。
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