極紫外光 (EUV) 科技是半導體產業變革的重要推動力，光刻技術是用於在半導體材料上列印複雜圖案的方法，自半導體時代開始以來，光刻技術已通過使用越來越短的波長而取得進展。EUV 光刻技術是迄今為止最短的波長之一。
在長達幾十年的開發後，由荷蘭半導體公司 ASML 提供的第一臺批量購買並準備好生產的 EUV 光刻機問世。
關鍵要點
- 極紫外光 (EUV) 擁有非常短的波長，接近 X 射線。
- EUV 光用於微晶片光刻，以在矽晶圓上列印圖案。
- 荷蘭公司 ASML 是推動這項技術的先驅，也是唯一的 EUV 光刻系統供應商。
- EUV 光的短波長允許製造出一些最強大的微晶片。
什麼是 EUV 光刻技術？
EUV 光是指用於微晶片光刻的極紫外光，涉及將微晶片晶圓塗覆光敏材料並仔細曝光，使光在晶圓上列印圖案，用於晶片設計過程中的進一步步驟。
計算機的歷史即是半導體產業的歷史，而這又是追求微型化的不懈追求的歷史。在20世紀50年代至80年代中期的初始階段，光刻技術是通過 UV 光和掩膜來將電路圖案投射到矽晶圓上。
在這段時間裡，摩爾定律（1960年代的格言——每兩年微晶片上的電晶體數量會翻一番）開始面臨這一過程的物理限制。這意味著計算能力的驚人增長和消費者技術成本的降低也面臨著達到極限的危險。從1980年代到2000年代，深紫外光 (DUV) 光刻使用153到248納米範圍內的短波長驅動了新一代的微型化，這允許在半導體矽晶圓上印下更小的圖案。
步入新千年至今，世界各地的研究人員和競爭公司都在尋求突破，使 EUV 光刻及其更短的波長成為可能。ASML 在2003年完成了一個原型，儘管需要另一個十年來開發出一個準備生產的系統。
此後的每幾年，ASML 都推出了下一代具有更大生產能力和波長縮短至13.5納米的 EUV 光刻系統。這允許極其精確的微晶片設計和微晶片上電晶體的最密集排列，簡而言之，就是實現更快的計算機速度。
EUV 光刻技術如何工作？
ASML 的 EUV 光刻系統發射約13.5納米的光波長，這比上一代 DUV 光刻技術使用的波長短很多，從而使在半導體晶圓上列印更精細的圖案成為可能。最先進的微晶片可以擁有小至7、5和3納米的節點，這些節點是通過讓半導體晶圓反復通過 EUV 光刻系統製成的。
雖然你無法在車庫工作間跟隨這些步驟來製造半導體，但了解所涉及的技術如何進步以及潛在的投資資金可能最佳的放置位置是很重要的。首先，一束高強度雷射被引導到一種材料（通常是錫）以生成等離子體（運動中的帶電電子和質子）。然後，等離子體在約13.5納米的波長下發射出 EUV 光。
生成的光聚集並通過一系列鏡子和光學元件引導，通過掩膜或光罩將電路圖案放置在 EUV 光的路徑中，這種方式可以粗略類比於使用模板在木板上畫出圖案。一種稱為光抗蝕劑的材料對 EUV 光敏感，暴露於 EUV 光的區域會產生化學變化，然後被蝕刻。然後，可以在蝕刻區域中沉積新材料以形成微晶片的各種組件。這個過程可以重復至多100次，每次使用不同的掩膜，以在單個晶圓上創建多層複雜的電路。
在這些步驟之後，晶圓經過進一步的處理以去除雜質，並準備切割成單個晶片。然後它們被包裝以供電子設備使用。
EUV 與 DUV 光刻
雖然購買大批量的 EUV 光刻系統一直在推動超導體行業的新聞，但考慮到其涉及的巨大成本及其可能帶來的技術進步，DUV 光刻仍然被廣泛使用。它的優勢在於已經在製造設施中使用，而且員工已經接受了其使用的培訓。
EUV 光刻以其約13.5納米的極短波長，允許在晶片上進行更精細的蝕刻。至於 DUV 光刻，則在153納米的波長下運行。雖然晶片製造商可以用此設計尺寸小至5納米甚至更小的設計，但推動物理邊界，DUV 光只能在 10 納米以下的尺寸下使用，但解析度質量會下降。
EUV 光刻系統不僅具有新技術的啟動成本，而且也比 DUV 光刻設備和維護本身更昂貴。例如，Intel在2023年安裝的EUV光刻系統每臺成本約為 1.5 億美元。這一成本使得 DUV 光刻系統成為在不需要 EUV 光刻更小尺寸的情況下的首選。
DUV 光刻也是一個已知數量：不需要新增培訓、新設施和 E弦介鋌O 更多資本投資。DUV 光技術仍然是手機、計算機、汽車和機器人中許多晶片所必需的，它已證明了其強大和多功能性。其相對簡單的工藝也意味著 DUV 光刻可以比 EUV 光刻更快地生產更多的晶片，這在全球對半導體需求的背景下是一個重要的考慮點。
許多人預計 DUV 光刻在未來幾年內仍將保持流行。這部分是由於 EUV 光刻的價格以及任何新技術附帶的技術問題。此外，DUV 光刻技術並未停滯不前，並且不斷改進其在我們日常生活中的許多電子設備中創造晶片的方式。
該行業可能正處於過渡期，儘管 EUV 光在晶圓製造中將扮演越來越重要的角色，但 DUV 光刻仍然是我們日常生活中電子產品生產的關鍵。
EUV 光刻的優勢和劣勢
EUV 光刻是一項相對較新的技術，帶來了許多優勢和一些需要考慮的缺點。
優勢
- EUV 光刻帶來了許多優勢，可能促進微晶片生產的未來發展。以下是半導體公司如 Intel 為何在這項技術上投入巨資的兩個原因：
- EUV 光可以在矽晶圓上產生更複雜且精細的圖案，允許在微晶片上放置更多的電晶體。
- EUV 光刻減少了製造電路所需的圖層數量（掩膜數量）。
劣勢
- EUV 光刻有很多優點，但作為一種新技術，考慮到其缺點也是很重要的：
- EUV 光刻系統比其他微晶片光刻系統更昂貴。
- ASML 是唯一製造這些系統的公司，這可能會為需要使用 EUV 光刻的公司或需要其設備支持的公司帶來瓶頸。
ASML 是唯一一家 EUV 光刻公司嗎？
是的，ASML 是唯一一家製造並銷售使用 EUV 光刻系統進行微晶片光刻產品的公司。
什麼將取代 EUV 光刻？
技術頻繁進步，對越來越密集的電晶體的微晶片的需求不斷增加。儘管 EUV 光刻處於技術的極限，但改進或取代它的技術的研究仍在繼續。多電子束、X射線光刻、奈米壓印光刻和量子光刻都可能在未來超越 EUV 光刻。
何時使用 EUV 光？
極紫外光用於微晶片生產。EUV 光刻在製造過程中將圖案列印在矽晶圓上。
什麼是摩爾定律？
摩爾定律說，每兩年微晶片上的電晶體數量大約會翻一番。這意味著計算機每兩年會變得更快更強大，其增長呈指數級。該定律以 Intel 的共同創始人 Gordon E. Moore 命名。儘管多年間它都被證明是正確的，但一些人預測它將在2020年代結束。
總結
EUV 光用於微晶片光刻，以產生必要的圖案來製造微晶片，儘管其尺寸比先前的光刻技術要小得多。然而，由於其新穎性，目前只有一家公司——ASML 製造使用它的設備，且它們的成本高昂。隨著技術的成熟，它應該在未來的微晶片生產發展中起到核心作用。