EUV光刻的案例
ASML今年將推新一代EUV光刻機，產能為每小時170片
但在“下一代”EUV曝光技術出來之后，則讓2納米，甚至1.4納米成為可能。
ASML預估，在2021年底之前將裝配NAV為0.55的EUV曝光設備的原型系統，大規模生產系統的出貨計劃于2024年開始。
EUV光刻技術發展態勢
光刻（lithography）為集成電路微細化的最關鍵技術。當前在16/14nm節點乃至10及7nm節點，芯片制造商普遍還在使用193nm ArF浸潤式光刻機+多重成像技術，但采用多重成像技術后將增加曝光次數，導致成本顯著上升及良率、產出下降等問題。根據相關企業的規劃，在7/5nm節點，芯片生產將導入極紫外（EUV）光刻技術，EUV光刻使用13.5nm波長的極紫外光，能夠形成更為精細的曝光圖像。芯片廠商計劃將EUV光刻應用到最困難的光刻工序，即金屬1層以及過孔生成工序，而其他大部分工序則仍將延用193nm ArF浸潤式光刻機+多重成像來制作。據EUV光刻機生產商阿斯麥（ASML）稱，相比浸潤式光刻+三重成像技術，EUV光刻技術能夠將金屬層的制作成本降低9%，過孔的制作成本降低28%。
EUV光刻的關鍵技術包括EUV光源和高數值孔徑（NA）鏡頭，前者關乎光刻機的吞吐量（Throughput），后者關乎光刻機的分辨率（Resolution）和套刻誤差(Overlay)能力等。
展開 EUV光刻機里的低調王者
作為全球領先的半導體設備供應商，這家來自荷蘭的企業提供了全球芯片生產都繞不開的關鍵設備——光刻機。尤其是在EUV光刻機方面，市場的關注度更是空前。這一方面是因為這個設備是芯片制造工藝走向7nm以下的關鍵；另一方面，這個設備的售價高達上億美金，且只有ASML一家能做。因此其吸引了全球那么多的目光也情有可原。
正如很多分析人士所說，EUV光刻機真可以稱得上是芯片制造的“皇冠”。
以EUV光刻機為例，ASML技術開發副總裁Tony Yen在今年三月接受媒體采訪的時候曾經表示，EUV光刻機由超過10萬個精密零部件組成；相關報道也指出，EUV光刻機重量達180噸，體積十分龐大，需要0.125萬千瓦的電力，來維持250瓦的功率；紐約時報在之前一篇介紹ASML的文章中更是強調，EUV光刻機的運送需要使用40個集裝箱、20輛卡車和三架波音747飛機。
這樣一個龐然大物，不但需要在晶圓上做一些精度極高的工作，而且還需要保持更高的產能，從其部件構成上看，正如其名字“光刻機”所定義的一樣，“光”就成為了EUV光刻機中的重要一環。要明白這一切，就首先得從光刻機的工作原理談起。
展開 2021年臺積電和三星需多少臺EUV光刻機？
基于上述假設，從2020年-2023年，臺積電一年內（想要）引入的EUV光刻機數量如下圖所示。
▲臺積電所需的EUV數量估算
首先，到2020年，當5nm大規模生產及3nm試產啟動時，據計算將需要35臺新EUV光刻機，計算結果與圖3中的實際值幾乎相同。
到2021年，5nm生產規模將擴大，3nm風險生產將啟動，經計算所需的新EUV光刻機數量達54臺；到2022年，當3nm大規模生產、2nm試產啟動，需要的新EUV光刻機數量被計算為57臺。
此外，到2023年，當3nm生產規模擴大、2nm開始風險生產時，所需新EUV光刻機數達到58臺。到2024年2nm大規模生產啟動及2025年生產規模擴大時，所需新EUV光刻機數被計算為62臺。
三星晶圓廠EUV需求如何？
三星副董事長李在镕于2020年10月13日訪問ASML，并要求ASML在2020年交付9臺EUV光刻機、在2021年后每年交付20臺EUV光刻機。
此外，根據專家提供的信息，三星副董事長李在镕在10月13日訪問ASML期間要求的“2020年9臺EUV光刻機”中，至少有4臺將在2020年抵達三星，其余5臺預計將在2021年初被引入。此外。
展開 ASML、IMEC聯合研發第二代EUV光刻機 3nm工藝的救星？
隨著三星宣布7nm EUV工藝的量產，2018年EUV光刻工藝終于商業化了，這是EUV工藝研發三十年來的一個里程碑。不過EUV工藝要想大規模量產還有很多技術挑戰，目前的光源功率以及晶圓產能輸出還沒有達到理想狀態，EUV工藝還有很長的路要走。
在現有的EUV之外，ASML與IMEC比利時微電子中心還達成了新的合作協議，雙方將共同研發新一代EUV光刻機，NA數值孔徑從現有的0.33提高到0.5，可以進一步提升光刻工藝的微縮水平，制造出更小的晶體管。
NA數值孔徑對光刻機有什么意義？這個問題我們在之前的超能課堂：單價1.2億美元的光刻機，全球只有一家公司生產一文中做過簡單解釋，決定光刻機分辨率的公式如下：
光刻機分辨率=k1*λ/NA
k1是常數，不同的光刻機k1不同，λ指的是光源波長，NA是物鏡的數值孔徑，所以光刻機的分辨率就取決于光源波長及物鏡的數值孔徑，波長越短越好，NA越大越好，這樣光刻機分辨率就越高，制程工藝越先進。
現在的EUV光刻機使用的是波長13.5nm的極紫外光，而普通的DUV光刻機使用的是193nm的深紫外光，所以升級到EUV光刻機可以大幅提升半導體工藝水平，實現7nm及以下工藝。
但是改變波長之后再進一步提升EUV光刻機的分辨率就要從NA指標上下手了，目前的光刻機使用的還是NA=0.33的物鏡系統，下一代的目標就是NA=0.5及以上的光學系統了。
如今ASML與IMEC合作的就是高NA的EUV工藝了，雙方將成立一個聯合實驗室，在EXE：5000型光刻機上使用NA=0.55的光學系統，更高的NA有助于將EVU光源投射到更廣闊的晶圓上從而提高半導體工藝分辨率，減少晶體管尺寸。
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ASML回應不賣EUV光刻機給中國大陸：是“政府們”的選擇
阿斯麥CEO溫彼得
“嚴重依賴美國零部件的荷蘭公司”
據溫彼得透露，阿斯麥過去10年共賣出140臺EUV光刻系統，現在每臺售價高達2億美元，而下一代高數值孔徑（High NA）EUV光刻機的售價將超過3億美元。
市場調研機構Semico Research的制造業務董事總經理喬安妮?伊托評論稱，阿斯麥的EUV光刻系統過于昂貴，以至于大多數公司都買不起。她認為，這會把很多廠商排除在市場之外，包括芯片制造商格羅方德。由于成本太高，格羅方德于2018年宣布停止7nm及以下先進制程的研發。
如今，阿斯麥EUV光刻機的客戶只有五家（臺積電、三星、英特爾、SK海力士和美光）。2021年，最大的三個客戶——臺積電、三星和英特爾占阿斯麥業務量的84%。臺積電表示，該公司在2019年率先采用EUV光刻機大規模量產芯片，從那之后一直處于領先地位，芯片制程至少領先三星和英特爾一個節點。
CNBC認為，阿斯麥在光刻機領域的主導地位仍是“一個相對較新的現象”。10年前，該公司開始進軍EUV研發是由英特爾、三星和臺積電的重大投資決定的。
“我們沒有錢，”1999年加入阿斯麥的溫彼得表示，“所以我們出去尋找合作伙伴，這實際上是我們建立公司的基礎。我們也因此被迫成為一個系統架構師和系統集成商。”
把時間拉回到1984年，阿斯麥剛成立時是荷蘭電子巨頭飛利浦的子公司。在荷蘭艾恩德霍芬飛利浦辦公大樓旁邊一間漏水的小屋子里，阿斯麥推出第一臺用于半導體光刻的設備，這種技術是20世紀50年代在美國軍事實驗室發明的。
阿斯麥開啟光刻機研發的地方 圖源：ASML
“第一臺光刻工具看起來就像一個投影儀，”阿斯麥負責EUV業務的執行副總裁克里斯托弗·福凱（Christophe Fouquet）表示，“基本上會有一個標線，用來保存你想要投射的影像。
展開 傳三星計劃投資557億元用于采購ASML EUV 光刻機
目前尚不清楚其合同中的產品是現有EUV光刻設備還是下一代“High NA EUV”光刻設備。不過，目前EUV光刻設備最大的問題是產量有限。據官方介紹，它“比衛星部件還復雜”，每年只能生產很有限的數量。據說去年是40臺，今年ASML估計是60臺。而目前需要且能購買到EUV光刻設備的廠商有五家：三星電子、臺積電、英特爾、SK海力士和美光。其中，臺積電約占供應量的70%，剩下四家公司爭奪剩下的30%。
三星電子于去年6月推出了全球首個采用全柵極（GAA）技術的3nm代工技術，因此該公司一直在努力確保采購更多EUV光刻設備，目標是在明年上半年進入3nm世代的第二代工藝，在2025年進入2nm工藝，在2027年進入1.4nm工藝。
正因如此，李在镕董事長去年6月訪問了ASML總部，與首席執行官Peter Bennink討論了EUV采購問題，并在同年11月訪問韓國期間與Bennink進行了進一步會談。鑒于EUV的交付周期（從下單到收貨）至少需要一年，這些會議看起來確實取得了實際成果。
實際上，半導體領域分析師也對三星電子增購EUV光刻設備的計劃持積極態度。
展開 下一代EUV光刻機面世背后
2023 年將標志著 EUV 光刻技術發展的有一個新的里程碑。屆時，第一代新一代 EUV 光刻工具有望進入現場：高數值孔徑（high-NA） EUV 光刻掃描儀——新設備預計可在較少的圖案化步驟中打印 2 納米（及以上）邏輯芯片的最關鍵特征。瑞利方程再次證明了向高 NA 光刻的過渡是合理的，它提供了用于提高分辨率的第二個“旋鈕”——增加投影鏡頭的數值孔徑 (NA)。NA 控制用于形成圖像的光量（更準確地說，衍射級數），從而控制圖像的質量。
過渡到更高 NA 的成像設備之前已經應用過，記住從 193nm 干法到 193nm 浸沒式光刻的轉變。當時，用水代替透鏡和晶片之間的空氣的光學技巧使 NA 增加了 45%。在 EUV 的情況下，ASML 將通過重新設計光刻系統內的光學器件，從目前的 0.33 NA 變為 0.55NA（即 NA 增加 67%）。0.55NA EUV 光刻有望最終實現 8nm 分辨率，對應于一次曝光中 16nm 間距的印刷線/間距。
一個雄心勃勃的時間表.
0.55NA EUV 光刻將把圖案化推向比當前 0.33NA EUV 光刻系統更小的特征。但前進的道路是雄心勃勃的。
EUV 光刻系統的發展可以追溯到 2000 年代，從安裝第一臺預生產的 EUV 掃描儀到最近在大批量制造中引入 EUV 光刻之間有十年的時間跨度。
展開 是DUV光刻機！ASML澄清中芯國際批量購買協議：只與DUV光刻技術有關，細說DUV和EUV光刻區別
在ASML官網的進一步聲明發布之前，網友紛紛猜測中芯國際本次購買的是DUV光刻機還是EUV光刻機？那么兩者有什么區別呢？
簡單來說，DUV是深紫外線（Deep Ultraviolet Lithography），EUV是極深紫外線（Extreme Ultraviolet Lithography）。
兩種不同的光源讓光刻機獲得了不同的曝光能力，從而獲得不一樣的工藝制程范圍。
所有的DUV光刻機，用的光源都是193nm波長的ArF excimer laser，之前的一代DUV，用的光源是248nm波長的KrF excimer laser。另外，EUV光刻機的光源，是13.3nm的laser pulsed tin plasma。
DUV光刻機最多只能做到25nm，英特爾曾憑借雙工作臺的模式做到了10nm，但是卻無法達到10nm以下，
后來胡正明教授（梁孟松的老師）發明了FinFET工藝之后，極盡所能的壓榨了這臺機器的潛能，讓它走到了7nm制程。
但是即使采用了FinFET工藝，芯片再想往5nm、3nm先進工藝繼續延伸，那就不得不使用EUV光刻機了。因此，DUV光刻機和EUV光刻機的價格差別也很大。
要是想制造工藝尺寸更小的芯片，
換光源是比較直接且立竿見影的辦法。
展開 三星7nm LPP正式到來，全球首發EUV光刻工藝
這也是三星為什么跳過非EUV工藝的7nm工藝，直接上7nm LPP EUV工藝的原因，如今他們的7nm LPP工藝已經完成了Synopsys的物理認證，意味著7nm EUV工藝全球首發了。
在幾大半導體公司中，英特爾的10nm還沒搞定，7nm就更遙遠了，臺積電的7nm工藝（N7工藝）量產比較順利，會有蘋果、海思、高通、NVIDIA、AMD等客戶陸續流片、量產，不過臺積電的第一代7nm工藝還是傳統的多重曝光工藝，2019年的N7 Plus工藝才會使用EUV光刻工藝。
Globalfoundries這邊也是類似的路線，今年量產的7nm DUV還是傳統的深紫外光刻工藝，此前號稱頻率可達5GHz，AMD的7nm Zen 2處理器會使用Globalfoundries的7nm工藝，明年初問世，2020年的再下一代才是7nm EUV工藝。
三星在EUV工藝上市最激進的，直接跳過了第一代非EUV光刻的7nm工藝，根據之前的路線圖，三星第一個使用EUV工藝的就是7nm LPP工藝，預定今年下半年量產。日前Synopsys與三星聯合宣布已經使用后者的7nm LPP工藝完成了IC驗證器的認證工作。
這次認證完成之后，三星的7nm LPP工藝可以立即提供認證的運行庫，包括DRC設計規則檢查、LVS布局與原理圖、金屬填充技術文件等等，這也意味著三星的7nm LPP工藝走入了正軌。
根據之前的消息，ASML的EUV光刻機中，臺積電訂購了大約10臺，三星訂購了大約6臺，英特爾訂購了3臺，Globalfoundries的EUV訂單數量不詳，國內的中芯國際也訂購了1臺EUV光刻機用于7nm工藝研究，明年初交貨。
展開 將用于EUV光刻的CNT薄膜技術商業化
CINNO research產業資訊，2023年12月14日-全球領先的納米電子、數字技術研究和創新中心Imec與日本領先的化學公司和EUV薄膜供應商三井化學宣布，開始就極紫外光刻用碳納米管（CNT）基薄膜（Pellicle）的商業化建立戰略合作伙伴關系。根據這一合作伙伴關系，三井化學將把imec的碳納米管基薄膜創新地整合到其現有碳納米管薄膜技術中，以建立完整的生產規格。這一合作的目標是在2025-2026年將其用于大功率EUV系統的制造中，雙方的簽約儀式在東京舉行的Semicon Japan 2023上舉行。
據介紹，合作伙伴雙方計劃通過相關咨詢和imec的EUV掃描設備驗證，共同開發EUV薄膜，以便在三井化學公司進行商業化。這種薄膜可以保護光掩模在EUV曝光過程中免受污染，它具有極高的EUV透射率（≥94%）、極低的EUV反射率和最小的光學影響——這些是先進半導體制造工藝中實現高產量和高良率生產的關鍵特性。CNT薄膜能夠承受超過1kW的EUV功率水平，能夠支持實現未來EUV光源的目標功率（>600W）。鑒于這些優勢，這種碳納米管基薄膜，引起了眾多希望在其大批量制造過程中使用EUV光刻技術的公司的強烈興趣。在這樣的市場背景下，上述合作伙伴雙方希望通過共同開發適合行業的CNT薄膜，以滿足市場需求。
“Imec在支持半導體生態系統推進光刻技術發展方面有著悠久的歷史。自2015年以來，我們與整個供應鏈的合作伙伴合作，開發了一種創新的基于CNT的薄膜設計，用于先進的EUV光刻，”Imec高級圖案化、工藝和材料高級副總裁Steven Scheer表示：“我們相信，公司對CNT膜的測量、表征和參數性能方面的深入了解將加速三井化學的產品開發。我們希望共同將CNT膜投入商業生產，用于未來幾代EUV光刻系統的構建。”
展開 光刻膠g線、i線、KrF、ArF、EUV，到底是在說什么
2019年，東京應化在全球半導體光刻膠市場中獲得多項“第一”，凸顯出行業領導地位。
東京應化在半導體光刻膠領域產品線齊全，g線光刻膠、i線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠、ArF沉浸式、EUV光刻膠、電子光束光刻膠都有產品。
JSR：光刻膠巨頭
JSR成立于1957年，于1979年進入光刻膠領域。JSR的半導體光刻膠全面覆蓋從g線到EUV。目前，JSR技術上處于領先地位，正在研發和銷售適用于5nm及以下制程的EUV光刻膠，以維持和擴大其在先進光刻材料的市場份額。
信越化學：實力強勁的綜合性化工企業
信越化學是日本最大的化工企業，成立于1926年，是最早向海外擴張的日本化工企業。1998年，信越化學實現了光刻膠產品的商用化。光刻膠產品涵蓋了i線、KrF、ArF、EUV，在光刻膠方面全球第二。
展開 
這場EUV光刻機爭奪戰，已經悄然打響
六、解決光刻難題從非核心開始起步
我國發展半導體產業，光刻技術是繞不開的課題，以國內目前薄弱的基礎，短期內攻克EUV設備并不現實。對此，莫大康指出，高性能光刻技術對中國企業來說成本高昂，但是其戰略意義不容忽視。中國要推進完整的光刻工業體系的發展，只能采取從低到高的策略，比如193nm深紫外ArF干式光刻機、浸沒式光刻機，以及周邊設備材料等，EUV是整套體系中最困難的一塊。
“要實現強大的功能，EUV就必須克服電能消耗以及光源等因素的影響。”中國電子科技集團公司第四十五研究所集團首席專家柳濱表示，EUV雖然售價超過了一億美元，但是高額的價格并不是它最大的問題。EUV最大的問題是電能消耗。其電能消耗是傳統193nm光刻機的10倍，因為極紫外光的波長僅有13.5nm，投射到晶圓表面曝光的強度只有光進入EUV設備光路系統前的2%。在與7nm成本比較中，7nm的EUV生產效率在80片/小時的耗電成本將是14nm的傳統光刻生產效率在240片/小時的耗電成本的一倍，這還不算設備購置成本和掩膜版設計制造成本。
除了電能以及光源，光刻膠也是EUV技術另一個需要面對的問題。據專家介紹，光刻膠本身對于光的敏感度就十分高，但是對于不同波長的光源，光刻膠的敏感度也有差異，這就對EUV光刻機產生了一些要求。
展開 高數值孔徑EUV光刻的挑戰
歐洲研究機構imec正在詳細介紹首個0.55高數值孔徑（NA）極紫外（EUV）光刻工具的開發。
這些內容是在2022 SPIE 高級光刻和圖案化會議上進行的，來自 imec 和荷蘭設備制造商 ASML 運營的聯合高 NA 實驗室。
雖然傳統 NA 已使 3nm 生產超越 2nm 制造工藝技術，但需要轉向高 NA 設備。這反過來將需要在屏蔽抗蝕劑和底層材料、光掩模技術和計量方面取得進步。
過去五年來，兩家公司一直在技術上合作：ASML、imec 將 EUV 光刻技術提升到高數值孔徑。“imec 正在與 ASML 合作開發高NA 技術，因為 ASML 正在構建其第一臺原型 0.55NAEUV 光刻掃描儀 EXE:5000，”imec 首席執行官 Luc Van den Hove 說。
“與目前的 0.33NA EUV 光刻相比，高 NA EUV 光刻預計將打印超過 2nm 邏輯芯片所需的最關鍵特征，并且圖案化步驟更少。我們的職責是與全球圖案化生態系統緊密合作，確保及時提供先進的抗蝕材料、光掩模、計量技術、成像策略和圖案化技術——充分受益于高NA EUV光刻機提供的分辨率增益。”他說。
高數值孔徑 EUV papers
imec 為今年的 SPIE 高級光刻會議撰寫或共同撰寫了 12 篇論文。
展開 EUV光刻的“致命弱點”
幾家供應商正在推出下一代檢測系統和軟件，以定位極紫外（EUV）光刻機工藝引起的芯片缺陷問題。
每種缺陷檢測技術都涉及到各種權衡，但由于EUV引起的隨機缺陷最終會影響芯片的性能，在晶圓廠里使用一項或多項檢測技術是非常必要的。
EUV光刻用于晶圓廠的芯片生產，它使用一個巨大的掃描儀在高級節點上對芯片的微小特征進行圖案化，在操作中，EUV的掃描儀產生光子，最終與晶圓上的光敏材料光刻膠相互作用，以形成精確的特征化圖案。
不過，并不是每次都可以實現精確圖案化，在EUV中，光子撞擊光刻膠發生反應且這一動作重復多次，這些過程充滿不可預測性和隨機性，可能會產生新的反應，也就是說EUV光刻工藝容易出現所謂的隨機性，是具有隨機變量的事件，這些變化被統稱為隨機效應。隨機效應有時會導致芯片中出現不必要的接觸缺陷或有粗糙度的圖案，兩者都會影響芯片的性能，甚至導致設備出現故障。
在過去的幾年中，這些問題在傳統的光刻技術中基本被忽略了。但對于EUV而言，隨機效應成為主要問題之一，越高級的節點，隨機效應越嚴重。盡管該行業已經找到了通過改進光刻膠和工藝來緩解問題的方法，但隨機效應引發的缺陷依然會突然出現，給代工供應商及客戶帶來麻煩。
“這意味著隨機性作為一個重要問題永遠不會消失，”Fractilia 的 CTO Chris Mack 說。“有時在10納米或7納米節點附近，隨機效應成為圖案變化的主要來源。這主要是因為所有其他變化來源都在變小。隨機效應卻沒有——或者至少它沒改進得那么多或那么快。在總變化中，隨機效應變化所占比例越來越大。”
因此，了解這些影響勢在必行，并且在晶圓廠中定位芯片中隨機效應引起的缺陷也同樣重要。
展開 挑戰EUV光刻？NIL靠譜嗎！
來源：半導體行業觀察
作者：暢秋
芯片制造離不開光刻機，且制程越先進，其重要性越凸出，占芯片制造總成本比例也越高，總體來看，光刻機的成本占總設備成本的30%。
當制程發展到7nm后，必須要用到EUV
(極紫外線)
光刻機，這種光刻機只有ASML能夠生產，且產能有限，廠商們要買到，并不容易，且ASML要優先供應臺積電、三星、英特爾這三家股東。
難以逾越的EUV
EUV是一種曝光設備，它可以根據發出的光的種類減少工序數量并節省時間和金錢。現有的半導體材料氟化氬具有193nm的光波長。波長越短，可以雕刻出更精細的電路。使用氟化氬，以某種方式可以實現7nm的制程工藝。但在這之下就很難了。由于臺積電、三星等主要代工企業已達到5nm及以下的工藝，氟化氬曝光設備面臨限制。
EUV設備克服了這一限制。EUV的波長為13.5nm，可以實現5nm以下的工藝。因此，全球生產先進制程
（10nm以下）
的芯片代工企業都在努力引進 EUV 設備，這使得EUV供給非常緊張。如果有需求，可以通過增加供應來平衡。然而，EUV設備開發難度很大，一年只能生產十幾臺，ASML今年要生產的EUV設備數量約為40臺。這40臺被臺積電、三星電子和英特爾瓜分。2019年，EUV占ASML銷售額的31%，但到2020年，就占到了43%，成為最“賺錢”的產品線。
一臺EUV設備的高度可以達到4到5米，重量接近180噸。這樣的高科技設備，其中的零部件數量也是巨大的，大約有10萬個。EUV設備曝光是在真空室中完成的。
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