半导体台积电光刻

摩尔定律的续命药：EUV光刻技术到底是什么？

目前，除了台积电和三星在，先进制程领域引入euv技术以外，有消息称DRAM三大原厂三星、美光和sk海力士也有计划将euv，导入dram制程中。...

半个多世纪以来，半导体行业按照摩尔定律，不断发展，驱动了一系列的科技创新、社会改革以及生产效率，的提高。随着器件尺寸越来越，逼近物理极限，摩尔定律对新一代(新一代)工艺节点研发是否依然奏效是，现在全行业都在关注的问题。

事实上，人们对摩尔定律信仰本质，上是对人类创造力的信仰，表达了人们对性能更高、尺寸更小、容量更大及成本更低，技术的渴望。

三星和台积电16/14nm-5nm节点性能，和功耗增长幅度

图片来源：网络

光刻是摩尔定律的前沿阵地

在半导体产业中，由于不同种类芯片的晶体结构和工作，模式存在差异，工艺发展进程也不尽相同。例如：在NAND Flash领域，随着尺寸缩小到十几纳米（15nm，16nm），单个存储单元内电子的串扰问题使得进一步缩小，变得非常困难且不经济，存储架构开始向3D转换；在DRAM领域，全球三大dram原厂，均停滞在18nm-15nm之间，仍没有突破10nm物理极限；在逻辑芯片制造领域，以台积电和三星为代表，已经引入EUV技术，有消息称台积电5nm，工艺样品已经给客户送样。

使用正性光刻胶光刻工艺流程简图

来源：中国闪存市场

但在所有半导体产品制造中，都需要通过光刻技术将电路图形转移到单晶，表面或介质层上，光刻技术的不断突破推动，着集成电路密度、性能不断翻倍，成本也愈加优化。近年来，随着工艺节点的不断缩小，光刻技术主要经历，了紫外光刻技术（UV）、深紫外光刻技术（DUV）和极紫外光刻技术（EUV）。

1980s以来，光刻技术采用的光波长变化

图片来源：ASML

在EUV技术中，采用的光波长仅为13.5nm，因此能够将图案分辨率，降低到10nm以下，这是目前主流的duv技术，无法达到的。目前，除了台积电和三星在，先进制程领域引入euv技术以外，有消息传DRAM三大原厂三星、美光和sk海力士也有计划将euv，导入dram制程中。

EUV技术优势及难点

在光刻技术中，提升分辨率的途径主要，有三个：1、增加光学系统数值孔径；2、减小曝光光源波长；3、优化系统。euv相较uv和duv，拥有更短的波长，在光刻精密图案，方面自然更具优势，能够减少工艺步骤，提升良率。

虽然euv制程能够，进一步减小芯片尺寸，提升器件性能，但是其前期巨大的资本和人力投入也，让大部分厂商望而却步。

简要概括EUV技术难点如下：

光源：由于光子落在光刻胶的速度也，会影响图案形成，因此光源的功率需要，足够高；
光学系统：由于euv技术必须使用反射，光学系统，光线反射率需要，达到一定要求，系统中所用的反射镜需要由，100多层硅和钼的交替层组成，且要有极高的平整度要求；
光刻机腔体高真空：为避免杂质对光刻效果影响，腔体内部需要达到高度，真空状态；。
光刻掩模板：由于自然界中很多物质对13nm的光，都有吸收作用，如果掩模板上有污染物，就会严重影响光刻效果，因此各厂商需要分别研制掩，模版保护膜，在不影响其光学性能的情况，下保护掩模板。

EUV光学系统简图

图片来源：lithography gets extreme

当然，euv技术能够有效，延长摩尔定律寿命，但是要想进一步释放下一代计算机潜能仍需找到，颠覆性的材料和器件。科学家们当然早就意识到，了这点，IBM公司早在2015年就表示，微电子工业走到7纳米技术节点时将不得不放弃，使用硅作为支撑材料，非硅基电子技术将会兴起，并宣布碳基材料或将成为下一代，芯片支撑材料。此外，以碳化硅为代表的第三代半导体，也备受关注，也有机会替代硅成为主流，半导体材料。

虽然新型材料仍，在研发阶段，仍有很多困难需要攻克，相信在半导体产业，的积极推动下，性能更强的新一代(新，一代)半导体材料将不久面世。

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