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第50章 手搓 euv 光刻机的可行性（第1页）

在当今科技日新月异的时代，光刻机作为芯片制造的核心设备，其技术发展历经了漫长而曲折的历程。euv光刻机更是其中的巅峰之作，代表着人类在微观制造领域的极高成就。回顾光刻机的发展历史，20世纪60年代，接触式光刻技术出现，它是小规模集成电路时期的主要光刻技术，掩膜版与晶圆表面的光刻胶直接接触，分辨率可达亚微米级，但晶圆与掩膜版易产生划痕和颗粒沾污。70年代，接近式光刻技术得到广泛应用，掩膜版与光刻胶之间有氮气填充的间隙，一定程度上减少了损伤，但受衍射效应限制，分辨率极限约为2μ。随着集成电路尺寸的不断缩小，投影光刻技术应运而生。其基于远场傅里叶光学成像原理，采用具有缩小倍率的投影成像物镜，有效提高了分辨率。此后，光刻技术不断演进，从干式光刻发展到浸润式光刻，进一步提高了光刻水平。euv光刻技术采用锡的电浆来产生波长为135纳米的光源，以及用钼硅多层反射薄膜来把光传递到芯片上，得在低真空中运作，技术难度更高。euv光刻技术的研发可以追溯到二十多年前，当时众多科研团队投入其中，但在很长一段时间内都未能达到量产的技术要求。例如，在光源功率方面就曾面临巨大挑战。早期的euv光刻机光源非常弱，最佳状态时只能输出10瓦的功率，仅是现在量产机台的二十五分之一，而且可靠性低，经常故障。然而，科研人员并没有放弃，通过不断实验和改进，逐渐提升了光源的输出功率和稳定性。再看光学系统，euv光刻机的镜头需要采用高精度的非球面镜，其面型误差必须小于025纳米，加工这种镜子需要超精密的数控机床和检测设备，这对制造工艺提出了极高的要求。euv光刻机的多层膜技术也至关重要，要在大面积上获得高于60且均匀的反射率，且多层膜的反射峰值波长匹配需在005纳米之内，涉及到复杂的材料科学和镀膜工艺。尽管euv光刻技术以实验室形式的研发已经走过了二十多年，期间困难重重，但由于它对延续摩尔定律具有重要意义，人们始终没有放弃。经过长期的努力和投入，如今euv光刻机终于成为半导体先进制程中最重要的生产工具之一。然而，要手搓euv光刻机，在目前的技术条件下几乎是不可能完成的任务。它需要庞大的资金投入、顶尖的科研团队、先进的制造设备和完善的产业链支持。首先，euv光源的产生就是一个巨大的挑战。它需要极其精密的激光等离子体技术，以稳定产生波长为135纳米的极紫外光，这并非个人能够轻易实现。其次，光学系统的精度要求极高。制造光刻机的光学镜头需要超精密数控机床，以确保能加工出面型误差小于025纳米的非球面镜，并且对镀膜工艺也有苛刻要求。再者，多层膜技术的难度也不容小觑，需要在材料科学方面有深入研究和精湛工艺，才能实现高反射率和精确的波长匹配。此外，euv光刻机还需要先进的控制系统，以在纳米级别的精度下实现高速、高精度的光刻操作，这涉及到复杂的算法和高速的电子设备，个人很难具备开发和调试这些系统的能力。从材料的获取到零部件的制造，再到系统的集成和调试，每一个环节都需要高度专业化的知识、设备和工艺。即使是拥有丰富资源和技术积累的大型企业和科研机构，在研发euv光刻机时也面临着巨大的困难和挑战。总之，euv光刻机的制造是一个复杂而庞大的系统工程，是全球高端制造业共同努力的成果。虽然科技的发展充满未知，但就当下而言，手搓euv光刻机无疑是一项极具挑战性、几乎无法实现的任务。极紫外线光刻机（extreultraviolet，简称euv光刻机），是以波长为10~14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术，可被应用于14纳米及以下的先进制程芯片的制造。euv光刻机的原理是用波长只有头发直径一万分之一的极紫外光，在晶圆上“雕刻”出电路，从而制造出包含上百亿个晶体管的芯片。其重要性不言而喻，例如华为的麒麟990系列芯片、苹果手机的a14处理器（5纳米工艺）以及1处理器、三星的exynos9825处理器等都是用euv光刻机生产出来的，可以说7纳米以下的芯片，没有euv光刻机很难制造出来。光刻机的精度越高，能生产出的纳米尺寸越小、功能更强大的芯片。euv光刻机的分辨率提升原理涉及公式：（其中r是整个系统的分辨率，λ为系统的工作波长，na为物镜的孔径，k为工艺因子常数），这意味着euv光刻机的所有子系统都在围绕降低工作波长、提升物镜孔径、压制工艺因子常数等方面进行改进。，！然而，euv光刻机的制造面临诸多挑战，其有八大核心技术，分别是光源技术、微缩投影光学系统、euv多层膜技术、光学加工与检测系统、掩模照明光学系统、反射式掩模技术、抗蚀剂技术、精密工件台技术。euv光刻机对光源要求较高，目前能满足光刻设备制造商要求的主要是激光等离子体光源（lpp）。极紫外多层膜技术是euv光刻机的核心技术之一，要求在较大面积上获得高于60且均匀的反射率，且系统中所有多层膜的反射峰值波长匹配需在005n之内，这对多层膜的周期厚度重复误差控制要求极高，达到了原子级。euv光刻机的光学系统使用的是由带有镀膜的非球面镜组成的离轴反射系统，其中的非球面镜加工难度极大，其面型误差必须小于025n，加工这种高精度镜子需要超精密数控机床和高精度检测装置。我国在这方面面临一定挑战，不过也有一些好消息，如北京博鲁斯潘和长光所合作搞出了一定程度上打破国外垄断的ultr-700vg超精密物镜磨床；而asl最新的euv光刻机因蔡司高na孔径非球面镜难产而推迟交付，这或许为中国芯片产业追赶提供了机会。在工件台技术方面，euv光刻机的真空环境对如何散发大功率磁浮工件台产生的热量并避免对其他器件产生热变形影响有很高要求，因为热变形会改变投影系统光轴和测量系统光轴之间的距离，导致套刻精度降低，影响成品率。光刻机的价格昂贵，通常在3000万至5亿美元不等。2022年5月20日报道，荷兰阿斯麦公司（asl）正在制造的新款极紫外线（euv）光刻机，每台售价约4亿美元。asl公司在euv光刻机领域占据重要地位，掌握了大部分高端光刻机市场份额。不过，我国也在光刻机特别是euv光刻机方面不断努力寻求突破。例如，上海光机所去年申请了lpp-euv光源的相关专利；华卓精科能做duv光刻机的超精密工件台等。光刻机技术的发展对于芯片制造至关重要，各厂商和研究机构都在不断探索和创新，以推动芯片制造工艺的进步。同时，高数值孔径（high-na）euv光刻机的出现是euv光刻技术向更高精度、更高效率迈进的必然结果，它能够进一步提升光刻的分辨率，为制造更小、更精密的芯片提供可能，尽管其研发和制造成本高昂。台积电今明两年（2024~2025年）将接收超60台euv光刻机，其投入将超4000亿新台币（约89661亿元人民币）。而asl在2025年产能的规划是20台high-naeuv光刻机、90台euv光刻机和600台duv光刻机。并且，台积电最快可能在2028年推出的a14p制程中引入high-naeuv光刻技术，目前仍在评估其应用于未来制程节点的成本效益与可扩展性。另外，英特尔ceo在近日的财报电话会议上宣布已成功接收全球第二台价值383亿美元的high-naeuv光刻机，该设备即将进入英特尔位于美国俄勒冈州的晶圆厂，预计将支持公司新一代更强大的计算机芯片的生产。此前，英特尔已于2023年12月接收了全球首台high-naeuv光刻机，并在俄勒冈州晶圆厂完成了组装。手搓euv光刻机面临着诸多巨大的难点和挑战，主要包括以下方面：1极紫外光源的产生：euv光刻机需要产生波长为135纳米的极紫外光，这需要极其精密的激光等离子体技术。该过程不仅能耗大，而且要保持高度稳定和可控，难度极大。2光学系统的精度要求：光线需要经过一系列反射、聚束和投射等操作，这要求光学元件具有极高的精度和低散射特性，例如能够达到光刻机要求的多层膜反射镜，目前只有德国老牌镜头制造厂家蔡司能够拿出来，以实现euv波段的高反效率。此外，还需应用表面处理技术来降低反射和吸收等损失，确保最大程度地捕捉和利用极紫外光的能量。3真空环境的要求：由于极紫外光在大气中会被吸收和散射，光刻机必须在真空环境中工作，这增加了系统的复杂度，也对系统稳定性和材料性能提出了严苛要求。4材料耐久性和涂层技术：极紫外光的能量较高，会对光刻机的光学元件和感光材料等组件产生损害，因此需要开发和应用耐久性高的材料和涂层技术。5光刻胶的研发：euv光刻胶需要具备良好的稳定性和可靠性，以避免产生任何不良反应或副作用。目前芯片生产所用的光刻胶，高纯化学品多数是日本的专利产品，这些原料要求极高的精度和纯度。6复杂的系统集成：euv光刻机是一个极其复杂的系统，涉及众多高精密的组件和子系统，需要将它们高度集成并协同工作，对系统设计、制造和调试的要求非常高。7技术和资金投入：其研发需要大量的资金、顶尖的科研团队以及长期的技术积累和持续投入。8产业链的支持：光刻机的制造涉及多个领域的供应商和合作伙伴，需要完整且强大的产业链支持，包括光源、光学元件、控制系统、真空设备等各个方面。：（）论文珍宝阁