[科普中国]-极紫外光刻

简介

极紫外光刻（英语：Extreme ultra-violet，也称EUV或EUVL）是一种使用极紫外（EUV）波长的下一代光刻技术，其波长为13.5纳米，预计将于2020年得到广泛应用。几乎所有的光学材料对13.5nm波长的极紫外光都有很强的吸收，因此，EUV光刻机的光学系统只有使用反光镜1。

极紫外光刻的实际应用比原先估计的将近晚了10多年。2

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=k1·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k1因子要比193i大。k1越大对应的光刻工艺就越容易；k1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，k1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，k1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1。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1。

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。1

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纳米光刻是当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。2

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纳米光刻是当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。”3

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（