最近开心桃色网，，好意思国劳伦斯利弗莫尔国度实验室（LLNL）晓谕开导出了一种称号为大孔径铥 （BAT） 激光器，这种激光器比当今行业内的程序CO2激光器将EUV光源提高约10倍。

这一跨越，可能为新一代“超越EUV”的光刻系统铺平谈路，从而坐褥出更小、更将强、制造速率更快、同期耗电量更少的芯片。简而言之，好意思国开导的新一代BAT激光器，远超当今的EUV光刻，大要将成果栽种10倍。

EUV光刻有多强？

目下来看，莫得EUV光刻，业界就无法制造7nm制程以下的芯片。

EUV光刻机亦然历史上最复杂、最端淑的机器之一。《芯片海浪：纳米工艺背后的大众竞争》一书中有形色：一台EUV光刻机的零件越过10万个，重达180吨，需要用40个集装箱来运载，光刻机的装配调试王人要越过一年时刻。阿斯麦在刚开动时只可年产二三十台EUV光刻机，到目下也不外增多到四五十台。

01EUV光刻，有哪些瓶颈？

EUV光刻时候，存在好多难点。

此前，好意思国NIST发布了一个相关EUV光刻机的重磅论说，他们在其中也分析了EUV光刻时候发展的瓶颈。

第一，光源时候方面。

EUV光源的波长仅为13.5纳米，远远小于可见光，因此产生和保管如斯短波长光源的难度极大。

目下，最闇练的EUV光源是由高纯度锡产生的高温等离子体产生的。固体锡在液滴发生器内融化，该仪器在真空室中每分钟衔接产生越过300万个27µm的液滴。平均功率为25kW的二氧化碳（CO2）激光器用两个衔接脉冲映照锡液滴，分裂使液滴成形并电离。但这个经由中，需要高大的激光智力，还需要复杂冷却系统和真空环境保管踏实运行。

在光源方面，好意思国的EUV光源的研发和制造基地位于加利福尼亚州圣地亚哥。驻防在圣地亚哥的Cymer是要负EUV光源磋磨使命，由ASML于2012年收购。

为了保护EUV光源时候，好意思国工业和安全局（BIS）在2022年10月，发布了一项法例——87 FR 62186，对包括极紫外光刻在内的时候进行出口连续。

第二，光学系统方面。

EUV光刻机的难点不啻光源，还有光学系统。极紫外光的波长太短，传统的透镜根柢无法使用，只可靠多片超光滑的反射镜来携带光辉。EUV反射镜片的制造工艺畸形复杂，镜片名义的光滑度要求变态到极致，0.33NA的镜面糙度达到惊东谈主的0.05nm。不错这样露出，要是把反射镜放大到中国国土这样大的面积，那么总共这个词国土最大的特出和下凹高度不会越过0.4毫米。再加上能量损耗的问题，何如让光辉最终精确地打到晶圆上，亦然一个不小的挑战。

第三，掩模时候方面。

掩膜版又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版等，是微电子制造经由中的图形滚动器用或母版，是承载图形瞎想和工艺时候等常识产权信息的载体。

EUV掩膜版是总共这个词光学系统的极为遑急的一环。

EUV掩模版由衬底上的 40 到 50 层轮流的硅和钼层构成，每层膜厚度约3.4纳米，形成 250纳米到350纳米厚的多层堆叠，严格畛域每层膜的厚度过失以幸免EUV光的损耗。

在这方面，海外最初的掩模版制造商Toppan一直致力于于掩模版业务，其于2005年收购了杜邦光掩模公司，并于同庚开动与IBM、格罗方德半导体、三星辘集开导高端掩模版时候，从最初的45nm制程节点发展至目下的2nm制程节点。

第四，光刻胶方面。

光刻胶是一种具有光敏化学作用的高分子团员物材料，外不雅上呈现为胶状液体。到目下为止，用于 EUV 光刻的大多数光刻胶王人是基于 KrF 和 ArF 光刻胶平台的化学放大光刻胶。

在换取条目下，光刻胶经受的EUV光子数目仅为DUV 193nm波长的1/14。这就要求要么在EUV波段创造出极强的光源，要么发明更聪惠的光刻胶。

光刻胶的难点一方面是高分辨率与低约略度的均衡，因为在 EUV 光刻中，需要光刻胶具备高分辨率以精确地形色出极小的芯片图案特征。关联词，提高光刻胶分辨率的同期，通常会导致线角落约略度（LER）增多。举例，当光刻胶对 EUV 光反馈过于明锐，在光化学反应经由中，可能会使图案角落的反应不均匀，形成线条角落抗争整。

另一方面是明锐度要求高且精确。因为 EUV 光源的功率有限，且光刻经由需要在短时刻内完成多量图案的曝光，要是光刻胶明锐度不够，就需要延迟曝光时刻或者增多光强，这会影响坐褥成果和成就寿命。但是，明锐度又不可过高，不然很容易受到环境身分（如微细的杂散光）的影响而产生无用要的反应。举个例子，在光刻车间的照明环境中，要是光刻胶过于明锐，可能会因为车间内的一些非 EUV 光源的微细光辉而提前发生反应，影响光刻质地。

02EUV光刻的挑战者们

纳米压印光刻（NIL）时候

纳米压印光刻（NIL）时候是挑战EUV的老敌手了。

NIL的旨趣和传统的光刻时候是本体性的不同。纳米压印是用机械变形－压印来形成图案，将事前图形化的模具压紧与涂布好的纳米压印胶， 从而在纳米压印胶上复制出模具上的结构图案。

为了减少压印的压力，纳米压印胶需要在压印时至极软 ，如水相似（液态团员物）。纳米压印胶有加热型：胶在加热时变软但冷下来变硬；有紫外光照型：胶在光照前时是软但光照后变硬；及热光羼杂型。压印后，模具和纳米压印胶分离－脱模经由。

大要成为EUV的挑战者，NIL当然是有我方的上风。

第一是分辨率高，从表面上不错罢了极高的分辨率，目下报谈的加工精度依然达到 2 纳米，越过了传统光刻时候达到的分辨率。

第二是资本较低，岂论是耗电量、购买价钱如故运行资本王人更低，与秉承 250 瓦光源的 EUV 系统比拟，佳能估量 NIL 仅耗尽十分之一的能量。

第三是工艺浮浅、成果高，EUV 光刻需要千瓦级激光器将熔融的锡滴喷射成等离子体等一系列复杂操作，而 NIL 将复制掩模径直压在涂有液态树脂的晶圆名义上，像压印钤记相似。何况，NIL 时候使用的模板不错反复使用，且操作顺次相对较少。

2024年，佳能的首台纳米压印光刻机也出货了，请托的对象是好意思国得克萨斯电子筹商所。

佳能发轫进的纳米压印光刻 NIL 系统 FPA-1200NZ2C，可罢了最小 14nm 线宽的图案化，复旧 5nm 制程逻辑半导体坐褥。

推行上，这是纳米压印光刻（NIL）时候向着买卖化迈进的一大步。佳能筹商是三到五年内每年销售约 10 到 20 台。

解放电子激光（FEL）时候

FEL的使命旨趣与传统激光不同，它哄骗解放电子在磁场中的露出产生激光。解放电子激光的上风在于其光电退换成果极高，可达到30%以上，远远优于EUV的3%到5%。这种高效性意味着FEL成就在换取能耗下不错产生更多的光子，极地面提高了成就的使命成果和坐褥智力。在电力耗尽方面，FEL光源也要远低于EUV-LPP光源。

不外，这项时候也与前文提到的激光器近似，处分的是EUV光源的问题。

值得珍贵的是，EUV-FEL还可升级为BEUV-FEL，不错使用更短的波长（6.6-6.7 nm）罢了更精熟的图案化。它还不错可变地畛域FEL光的偏振，以罢了High NA光刻。

在这方面，德国、好意思国、中国王人有磋磨筹商。

电子束光刻（E - beam Lithography）

电子束光刻（e-beam lithography；EBL）是无掩膜光刻的一种，它哄骗波长极短的聚焦电子径直作用于对电子明锐的光刻胶（抗蚀剂）名义绘图形成与瞎想图形相符的微纳结构。

EUV光刻机产能不及，很大一部分原因是光学镜头的供货不及。蔡司公司是EUV光刻镜头的惟一供应商。电子束光刻秉承电子源发出电子束而并非光源，因此电子束光刻时候处分的是光刻机对光学镜头的依赖。

电子束具有波猛烈的上风，波长越短，越不错雕琢出更精熟的电路，芯片工艺的纳米数也不错作念到更小。EUV光刻机的波长为13.5nm，而100KeV电子束的波长只须0.004nm，波猛烈使其在分辨率方面与EUV比拟有十足的上风，也使得电子束大要罢了EUV光刻王人罢了不了的先进制程时候。

目下，国内松山湖材料实验室精密仪器研发团队与东莞泽攸精密仪器有限公司配合，打造集科研与产业化为一体的电子束装备时候创 新基地。据官方报谈，基于自主研制的扫描电镜主机，完成电子束光刻机工程样机研制，并开展功能考据使命。通过对测试样片的曝光坐褥，不错绘图出高分辨率的复杂图形。

多重图案化时候（Multi - patterning）

多重图案化是一种克服芯片制造经由中光刻罢了的时候。

多重图案化时候的中枢旨趣是将复杂的芯片图案理解为多个相对浮浅的图案，通过屡次光刻和蚀刻工艺来罢了最终的精熟图案。举例，在双图案化（double - patterning）时候中，关于一个蓝本需要单次光刻罢了的精熟间距图案，先光刻和蚀刻出图案的一部分，然后通过一些工艺诊治（如千里积阻隔层材料），再进行第二次光刻和蚀刻，将剩余部分的图案制作出来，最终组合成完满的精熟图案。

之是以大要成为EUV光刻的挑战者，多重图案化的上风在于：第一，资本低。在现存的闇练光刻成就（如深紫外光刻，DUV）基础上进行的工艺改造，幸免了对 EUV 光刻成就的依赖，从而裁减了芯片制造前期的成就投资资本。第二，工艺闇练度相对较高。因为是在传统光刻工艺基础上发展而来的，当今DUV 光刻时候依然至极闇练，多重图案化时候不错很好地与这些现存的工艺顺次和成就集成。

目下多重图案化时候的筹商者包括：英特尔、台积电、三星。不外，多重图案化时候不时依赖于复杂的图案化堆叠和集成有策画，而这些有策画不时伴跟着性能和良率问题，以及对晶圆瞎想的罢了——何况资本和周期时刻明白增多。要是使用193nm 波长光刻系统在芯片上对特征进行图案化，当到达5nm时，使用多重图案化依然至极难题了。