极紫外光刻（用于集成电路设计等的技术）

简介

极紫外光刻

EUV

EUVL

极紫外光刻的实际应用比原先估计的将近晚了10多年。

概述

EUV光刻采用波长为10-14纳米的极紫外光作为光源，可使曝光波长一下子降到13.5nm,它能够把光刻技术扩展到32nm以下的特征尺寸。

根据瑞利公式（分辨率=k·λ/NA），这么短的波长可以提供极高的光刻分辨率。换个角度讲，使用193i与EUV光刻机曝同一个图形，EUV的工艺的k因子要比193i大。k越大对应的光刻工艺就越容易；k的极限是0.25，小于0.25的光刻工艺是不可能的。从32nm半周期节点开始（对应20nm逻辑节点），即使使用1.35NA的193nm浸没式光刻机，k因子也小于0.25。一次曝光无法分辨32nm半周期的图形，必须使用双重光刻技术。使用0.32NA的EUV光刻，即使是11nm半周期的图形，k仍然可以大于0.25。

值得指出的是，EUV光刻技术的研发始于20世纪80年代。最早希望在半周期为70nm的节点（对应逻辑器件130nm节点）就能用上EUV光刻机。可是，这一技术一直达不到晶圆厂量产光刻所需要的技术指标和产能要求。一拖再拖，直到2016年，EUV光刻机仍然没能投入量产。晶圆厂不得不使用193nm浸没式光刻机，依靠双重光刻的办法来实现32nm存储器件、20nm和14nm逻辑器件的生产。不断延误，对EUV技术来说，有利也有弊。一方面，它可以获得更多的时间来解决技术问题，提高性能参数；另一方面，下一个技术节点会对EUV提出更高的要求。EUV光刻技术的发展能否赶得上集成电路制造技术的要求？这仍然是一个问题。当然，EUV光刻技术的进步也是巨大的。截止2016年，用于研发和小批量试产的EUV光刻机，已经被安装在晶圆厂，并投入使用。

EUV光刻所能提供的高分辨率已经被实验所证实。光刻机供应商已经分别实现了20nm和14nm节点的SRAM的曝光，并与193i曝光的结果做了对比。显然，即使是使用研发机台，EUV曝光的分辨率也远好于193i。14nm节点图形的曝光聚焦深度能到达250nm以上。

光刻技术是现代集成电路设计上一个最大的瓶颈。现cpu使用的45nm、32nm工艺都是由193nm液浸式光刻系统来实现的，但是因受到波长的影响还在这个技术上有所突破是十分困难的，但是如采用EUV光刻技术就会很好的解决此问题，很可能会使该领域带来一次飞跃。

但是涉及到生产成本问题，由于193纳米光刻是目前能力最强且最成熟的技术，能够满足精确度和成本要求，所以其工艺的延伸性非常强，很难被取代。因而在2011年国际固态电路会议(ISSCC2011)上也提到，在光刻技术方面，22/20nm节点主要几家芯片厂商也将继续使用基于193nm液浸式光刻系统的双重成像（doublepatterning）技术。

背景

英特尔高级研究员兼技术和制造部先进光刻技术总监YanBorodovsky在去年说过“针对未来的IC设计，我认为正确的方向是具有互补性的光刻技术。193纳米光刻是目前能力最强且最成熟的技术，能够满足精确度和成本要求，但缺点是分辨率低。利用一种新技术作为193纳米光刻的补充，可能是在成本、性能以及精确度方面的最佳解决方案。补充技术可以是EUV或电子束光刻。”

展望

现阶段很多公司也在推动纳米压印、无掩膜光刻或一种被称为自组装的新兴技术。但是EUV光刻仍然被认为是下一代CPU的最佳工艺。

由于193nm沉浸式工艺的延伸性非常强，同时EUV技术耗资巨大进展缓慢。

EUV（极紫外线光刻技术）是下一代光刻技术（<32nm节点的光刻技术）。它是采用波长为13.4nm的软x射线进行光刻的技术。

EUV光刻的基本设备方面仍需开展大量开发工作以达到适于量产的成熟水平。目前存在以下挑战：

（1）开发功率足够高的光源并使系统具有足够的透射率，以实现并保持高吞吐量。

（2）掩模技术的成熟，包括以足够的平面度和良率制造反射掩模衬底，反射掩模的光化学检测，以及因缺少掩模表面的保护膜而难以满足无缺陷操作要求。

（3）开发高灵敏度且具有低线边缘粗糙度(LineEdgeRoughness,LER)的光刻胶。

荣誉

2021年12月，中国工程院发布全球十大工程成就，极紫外光刻入选。^[1]