EUV光刻技術的案例
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 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 英特爾在7nm將擁抱EUV技術
不過，以三大半導體廠的計劃來看，EUV微影技術將成為7納米及更先進制程的主流。
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 下一代EUV光刻機面世背后
2019 年是極紫外 (EUV) 光刻技術的重要里程碑。同年，EUV 構圖技術首次應用于 7nm 技術代邏輯芯片的量產。插入以對芯片后端 (BEOL) 的最關鍵層進行圖案化，它能夠打印間距高達 36-40 納米的金屬線。
憑借 13.5 納米的極短波長，EUV 光刻已被引入以接替 193 納米（浸沒式）光刻——這是由瑞利方程決定的分辨率轉變。根據這個等式，在晶圓曝光期間使用波長較小的光可以提高光刻工具的分辨率，從而提高其打印具有特定半間距（half pitch）或臨界尺寸 (critical dimension：CD) 特征的能力。此外，193nm 復雜且昂貴的多重圖案化要求——包括將芯片圖案分成兩個或更多個更簡單的掩模——可以再次移回單一圖案化 EUV。
在開發方面，研究人員一直在不斷努力推動當今最先進的 EUV 全場掃描儀（即 ASML NXE:3400B）的單次打印能力。例如，今年早些時候，imec 和 ASML 能夠為 lines/spaces展示 28 納米間距單次曝光圖形，對應于 5 納米邏輯技術節點的關鍵 BEOL 金屬層。這使當前的掃描儀接近其大批量制造的分辨率極限，約為 13 納米（26 納米間距）。隨著邏輯工藝的發展，存儲器制造商越來越多地考慮使用 EUV 光刻來滿足未來存儲器的高密度要求——例如用于對關鍵 DRAM 結構進行圖案化。
與此同時，正在探索多圖案 EUV 光刻選項，以將 EUV 推進到下一個節點。雖然這些“技巧”提供了更輕松的間距，但它們也有一個缺點：處理步驟數量增加，增加了圖案化步驟的成本、復雜性和處理時間。
展開 
難如上青天的光刻機，究竟有哪些難點？
于1996年左右，美國就開始了電子束和軟X射線光刻技術的研究，當時主要的研究機構就是美國的國家實驗室、AT&T以及部分相關大學，就在這些主體機構開始后的一年，美國的一眾科技龍頭企業也前仆后繼的進入EUV光刻這潭渾水中，這一年英特爾聯合AMD、摩托羅拉、美光、Infineon和IBM成立EUV光刻技術研發聯盟。
直到1999年，EUV光刻技術才在全球開始嶄露頭角，也正是這一年，EUV光刻技術被國際半導體技術發展線路圖（ITRS）確定為下一代光刻首選技術，這也就意味著，此刻誰掌握了EUV光刻技術，誰就拿到了未來幾十年里的“芯片強國”門票。
EUV光刻機的基礎就是光源，而就在這個基礎上面已經讓無數的高智商研究員一夜青絲變白發。
首先因為EUV幾乎能被所有物質所吸收，所以曝光必須在真空環境中進行，因此原來采用193nm光源的浸液光刻機的曝光系統完全不用上。
其次因為傳統透鏡折射光線的方案容易吸收EUV的能量，從而導致其無法用于光刻，所以之前蔡司所積累的透鏡磨制技術徹底被淘汰了，只能采用特殊鍍膜的反射鏡來改變和匯聚EUV，因此也導致開發的成本和難度又上升到了一個新的高度。
EUV的光源除了之前說的激光等離子光源，還有一種就是放電等離子體（DPP）光源，放電等離子體光源是通過給放電氣體加上高電壓，使氣體等離子化產生EUV輻射，但目前所面臨的問題是，無論哪一種光源，它們的轉換效率都無法達到商業化生產的標準，因此如果無法完美地解決轉換效率這個問題，那么整個EUV的研究都無法大踏步前進。
展開 挑戰EUV光刻？NIL靠譜嗎！
鎧俠表示，NIL 技術與EUV光刻技術相比，可以大幅度的減少能耗，轉化效率高，耗電量可壓低至EUV 技術的10%，同時，NIL設備也很便宜，投資可降低至EUV光刻機的40%。
有專業人士指出，NIL技術也許能夠推進芯片制程至5nm，但可能更適應于NAND這種3D堆疊的閃存芯片，不一定適用于所有芯片。
合作廠商之一的佳能，則表示要努力將NIL 量產技術廣泛應用于制造DRAM 及PC 用的CPU 等邏輯芯片的設備上。
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 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 ASML科普，EUV光刻機的奇跡之路
來源：內容由半導體行業觀察 編譯自ASML，作者Sander Hofman
EUV 的故事始于 1980 年代中期的日本，當時，在 70 年代俄羅斯完成的多層鏡研究的基礎上，Hiroo Kinoshita 投影了第一張 EUV 圖像。美國和荷蘭的實驗室很快也開始探索這一潛在的光刻技術新發展。最初被稱為“soft x-ray”光刻，“extreme ultraviolet”這個名稱的靈感來自天文學家對相同光波長和光子能量使用的術語。
在光刻技術中，使用較短的光波長使芯片制造商能夠縮小尺寸并增加芯片上特征（或晶體管）的密度，從而使芯片更快、更強大。當 ASML 于 1984 年成立時，該行業使用產生 436 納米 (nm) 光的汞蒸氣燈，稱為 g-line，后來，產生了 365 nm 的紫外 (UV) 光，稱為 i-line。早期的 EUV 研究人員追求從 4 到 40 的幾個波長，但最終選擇了 13.5 作為錫等離子體產生 EUV 光的最佳點。
EUV 并不是研究人員探索的唯一能夠實現未來幾代“微縮”的技術。電子束光刻（Electron beam lithography）和離子束光刻（ion beam lithography ）似乎是其他可行的選擇，但 ASML 對 EUV 光刻下了“有根據的賭注”，因為這種技術似乎最適合繼續晶體管微縮，同時在大規模生產中仍能負擔得起。
然而，并不是每個人都立即被 EUV 技術的想法所吸引。在2020 年 SPIE 會議回顧展上，時任 NTT 研究員的 Hiroo Kinoshita 描述了讓他的科學家同事相信 EUV 光刻有機會的挑戰。“[我在 1986 年的日本應用光學學會年會上展示了我的結果，”他說。“不幸的是，聽眾對我的演講高度懷疑。
展開 光刻膠g線、i線、KrF、ArF、EUV，到底是在說什么
EUV光刻膠
EUV也就是極紫外光刻膠，使用波長為13.5nm的紫外光，可以用于10nm以下的先進制程，但目前EUV光刻機只有荷蘭ASML能制造。
在當下這個2021年，正處于EUV光刻技術誕生，已經流行20年之久的KrF、ArF光刻膠即將面臨技術變革的時期。
02
半導體光刻膠生產廠家
東京應化：全球光刻膠龍頭
東京應化(TOK)是歷史悠久的日本化學材料企業之一，成立于1940年，在1968年、1972年先后開發出半導體用正型膠和負型膠后，一直以成為光刻膠龍頭供應商為目標，走在半導體微加工技術的前列。
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
當然除了浸潤式光刻和多重曝光，還有很多技術可以幫助進一步減小半導體制造工藝中的關鍵尺寸。但是比起用各種技術優化，直接更換光源會有較大的提升
，即從波長為193nm的DUV光刻機換成波長大致為13.5nm的EUV光刻機。
一臺光刻機由上萬個部件組成，有人形容稱這是一種集合了數學、光學、流體力學、高分子物理與化學、表面物理與化學、精密儀器、機械、自動化、軟件、圖像識別領域頂尖技術的產物。
在全球范圍內，光刻機市場幾乎被 3 家廠商瓜分：荷蘭的阿斯麥（ASML）、日本的尼康（Nikon）和佳能（Canon）。
在這 3 家中，ASML 又是當之無愧的一哥。據中銀國際報告，阿斯麥全球市場市占率高達 89%，其余兩家的份額分別是 8% 和 3%，加起來僅有 11%。在 EUV 光刻機市場中，ASML 的市占率則是100%。
雖然目前中國對于光刻機的制造幾乎還在起步階段。但近年來，國家加大了對半導體行業的投入。
2019 年 4 月，武漢光電國家研究中心甘棕松團隊，采用二束激光，在自研的光刻膠上，突破光束衍射極限的限制，并使用遠場光學的辦法，光刻出最小 9nm 線寬的線段。
2020 年初，中科院對外宣稱已經攻克了 2nm 工藝的難題，相關研究成果已經發布到國際微電子器件領域的期刊當中。
展開 
科普 | 荷蘭ASML的EUV芯片光刻機工作流程及關鍵技術
不過原本接下來打算采用的157nm的F2準分子激光上遇到了一系列技術障礙以后，ArF加浸入技術(ImmersionTechnology)成為了主流。
所謂浸入技術，就是讓鏡頭和硅片之間的空間浸泡于液體之中。由于液體的折射率大于1，使得激光的實際波長會大幅度縮小。目前主流采用的純凈水的折射率為1.44，所以ArF加浸入技術實際等效的波長為193nm/1.44=134nm。從而實現更高的分辨率。F2準分子激光之所以沒有得以發展的一個重大原因是，157nm波長的光線不能穿透純凈水，無法和浸入技術結合。所以，準分子激光光源只發展到了ArF。
這之后，業界開始采用極紫外光源(EUV:ExtremeUltravioletLight)來進一步提供更短波長的光源。目前主要采用的辦法是將準分子激光照射在錫等靶材上，激發出13.5nm的光子，作為光刻機光源。目前，各大Foundry廠在7nm以下的最高端工藝上都會采用EUV光刻機，其中三星在7nm節點上就已經采用了。而目前只有荷蘭ASML一家能夠提供可供量產用的EUV光刻機。
分辨率：
光刻機的分辨率(Resolution)表示光刻機能清晰投影最小圖像的能力，是光刻機最重要的技術指標之一，決定了光刻機能夠被應用于的工藝節點水平。但必須注意的是，雖然分辨率和光源波長有著密切關系，但兩者并非是完全對應。具體而言二者關系公式是：
公式中R代表分辨率；λ代表光源波長；k1是工藝相關參數，一般多在0.25到0.4之間；NA(NumericalAperture)被稱作數值孔徑，是光學鏡頭的一個重要指標，一般光刻機設備都會明確標注該指標的數值。
所以濾波器微信公眾號提醒您，我們在研究和了解光刻機性能的時候，一定要確認該值。
展開 光刻膠｜JSR、SK海力士聯合研制DRAM EUV光刻膠
這是確保內存技術領先地位的一個維度。
近日，JSR宣布旗下子公司Inpria和SK海力士為了實現EUV用金屬氧化物PR的應用，開展聯合研究
Inpria 是一家公關公司，成立于 2007 年，是從俄勒岡州立大學化學研究中心分拆出來的。在 2017 年收購 21% 的股份后，JSR 去年獲得了 79% 的股份，從而收購了 Inpria。
自2007年成立以來，Inpria一直致力于開發基于金屬的EUV光刻膠。其主要產品主要由氧化錫組成，使用EUV曝光系統實現了世界上最高分辨率。此外，金屬基光刻膠在干蝕刻過程中的圖案轉移性能方面優于傳統光刻膠，非常適合半導體量產工藝。
PR是一種用于半導體曝光工藝的材料。當 PR被施加到晶圓上并暴露在光掩模上所描繪的光線下時，就會雕刻出電路圖案。這個過程就是曝光。
Inpria 的 PR 是一種基于金屬氧化物的無機材料。現有的有機PR是通過化學物質與光發生反應來雕刻圖案，而無機PR是錫系金屬顆粒與光接觸形成電路。在一個簡單的比較中，液體和固體本質上更堅硬。
因此，無機 PR 的光吸收率是有機 PR 的 4 倍。如果光吸收好，則有利于雕刻微電路圖案。因此，被評價為適用于下一代曝光技術EUV。
然而，它尚未用于存儲器制造過程。如果SK海力士通過與Inpria的合作將其商業化，這是存儲器行業的首例。
JSR 解釋說：“將金屬氧化物 PR 用于 EUV，我們可以有效地圖案化先進的節點器件架構。Inpria 材料解決方案將降低 EUV 圖案化成本。”
SK海力士表示，“EUV很復雜，需要先進的材料。氧化錫PR將為下一代DRAM提供性能和低成本。”
此前，Lam Research 宣布將為 SK Hynix 提供干式 PR 底層和干式顯影工藝設備。
展開 DNP/鎧俠/佳能聯手開發納米壓印光刻技術！耗電量僅為EUV工藝1/10
CINNO Research產業資訊，大日本印刷與鎧俠控股（KIOXIA原東芝存儲器控股）和佳能合作，共同研發了「納米壓印光刻技術（NIL）」用于半導體制造，與使用極紫外光刻（EUV）相比，功耗僅為十分之一。盡管NIL在實現量產之前還存在諸多課題，但它已經能夠形成最先進的電路線寬度。在產業界去碳化發展趨勢不斷增強的背景下，三家公司的方針旨在通過減少電力消耗而實現與其它公司差異化的同時，努力促進該技術邁向實用化。
NIL技術通過將芯片壓印在晶圓上而形成精細的電路圖案。據大日本印刷稱，在技術研發中NIL已經可以處理高達5nm的電路線寬。雖然在實際大規模生產之前還有如電路缺陷等許多問題需要解決，但三家公司的最終目標是確立大規模生產技術。
NIL的制造工藝簡潔，不存在EUV那種消耗大量電力的問題。大日本印刷在2021年春季根據設備的規格值進行了一次內部模擬。通過模擬測試發現，在形成電路過程中每個晶圓的功耗僅為使用EUV光刻的十分之一左右。
在力求工業生產過程中削減溫室氣體排放的大趨勢下，為實現碳中和社會，預計半導體制造業對NIL的需求將會增加。三家公司將吸引那些致力于減少制造過程功耗的半導體制造商和用戶。
展開 企業 | 臺積電開始為1nm做準備
來自日媒的報道稱，在不久前舉辦的線上活動中，歐洲微電子研究中心IMEC首席執行官兼總裁Luc Van den hove在線上演講中表示，在與ASML公司的合作下，更加先進的光刻機已經取得了進展。
Luc Van den hove表示，IMEC的目標是將下一代高分辨率EUV光刻技術高NA EUV光刻技術商業化。由于此前得光刻機競爭對手早已經陸續退出市場，目前ASML把握著全球主要的先進光刻機產能，近年來，IMEC一直在與ASML研究新的EUV光刻機，目前目標是將工藝規模縮小到1nm及以下。
目前ASML已經完成了NXE:5000系列的高NA EUV曝光系統的基本設計，至于設備的商業化。要等到至少2022年，而等到臺積電和三星拿到設備，之前要在2023年。
與此同時，臺積電在材料上的研究，也讓1nm成為可能。
臺積電和交大聯手，開發出全球最薄、厚度只有0.7納米的超薄二維半導體材料絕緣體，可望借此進一步開發出2納米甚至1納米的電晶體通道，論文本月成功登上國際頂尖期刊自然期刊（nature）。
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