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半导体新技术极紫外光刻新技术问世，能大幅提高能源效率并降低半导体制造成本

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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极紫外光刻新技术问世，能大幅提高能源效率并降低半导体制造成本

据日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）官网最新报告，该校设计了一种极紫外（EUV）光刻技术，超越了半导体制造业的标准界限。基于此设计的光刻设备可采用更小的EUV光源，其功耗还不到传统EUV光刻机的十分之一，从而降低成本并大幅提高机器的可靠性和使用寿命。

在传统光学系统中，例如照相机、望远镜和传统的紫外线光刻技术，光圈和透镜等光学元件以轴对称方式排列在一条直线上。这种方法并不适用于EUV射线，因为它们的波长极短，大多数会被材料吸收。因此，EUV光使用月牙形镜子引导。但这又会导致光线偏离中心轴，从而牺牲重要的光学特性并降低系统的整体性能。

为解决这一问题，新光刻技术通过将两个具有微小中心孔的轴对称镜子排列在一条直线上来实现其光学特性。

由于EUV吸收率极高，每次镜子反射，能量就会减弱40%。按照行业标准，只有大约1%的EUV光源能量通过10面反射镜最终到达晶圆，这意味着需要非常高的EUV光输出。

相比之下，将EUV光源到晶圆的反射镜数量限制为总共4面，就能有超过10%的能量可以穿透到晶圆，显著降低了功耗。

新EUV光刻技术的核心投影仪能将光掩模图像转移到硅片上，它由两个反射镜组成，就像天文望远镜一样。团队称，这种配置简单得令人难以想象，因为传统投影仪至少需要6个反射镜。但这是通过重新思考光学像差校正理论而实现的，其性能已通过光学模拟软件验证，可保证满足先进半导体的生产。团队为此设计一种名为“双线场”的新型照明光学方法，该方法使用EUV光从正面照射平面镜光掩模，却不会干扰光路。

总编辑圈点

这样复杂的问题却这样简单的解决听起来很不可思议。但试想一下：如果你一手拿着两个手电筒，并以相同的角度将它们斜对着你面前的镜子，那么一个手电筒发出的光线将会始终照射到另一个手电筒上。在光刻中，这是不可接受的。但如果你向外移动手电筒却不改变手电筒的角度，从中间到两侧完全照亮，光线就可以正常反射，而不会与对面手电筒的光线“相撞”。这个巧妙的技术，目前已申请了专利，很可能会给全球EUV光刻市场带来巨大经济效益。

（记者张梦然）

来源：科技日报

重大突破！极紫外光刻新技术问世，超越半导体制造业标准界限，功耗比传统EUV光刻机降低90%【附全球光刻机技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

日前，据日本冲绳科学技术大学院大学(OIST)官网最新报告，该校的津守教授设计了一种极紫外(EUV)光刻技术，超越了半导体制造业的标准界限。 基于此设计的光刻设备可采用更小的EUV光源，其功耗还不到传统EUV光刻机的十分之一 ，从而降低成本并大幅提高机器的可靠性和使用寿命。

津守教授表示，“这项发明是一项突破性技术，几乎可以完全解决这些鲜为人知的问题 。”

这项技术的实现得益于解决了该领域此前被认为无法克服的两个问题。 第一个问题涉及一个仅由两个镜子组成的新型光学投影系统。第二个问题涉及一种新的方法，可高效地将 EUV 光直接投射到平面镜(光掩模)上的逻辑图案上，而不会阻挡光路。

由于EUV吸收率极高，每次镜子反射，能量就会减弱40%。按照行业标准，只有大约1%的EUV光源能量通过10面反射镜最终到达晶圆，这意味着需要非常高的EUV光输出。相比之下，将EUV光源到晶圆的反射镜数量限制为总共4面，就能有超过10%的能量可以穿透到晶圆，显著降低了功耗。

新EUV光刻技术的核心投影仪能将光掩模图像转移到硅片上 ，它由两个反射镜组成，就像天文望远镜一样。 团队称，这种配置简单得令人难以想象，因为传统投影仪至少需要6个反射镜。但这是通过重新思考光学像差校正理论而实现的，其性能已通过光学模拟软件验证，可保证满足先进半导体的生产。团队为此设计一种名为“双线场”的新型照明光学方法，该方法使用EUV光从正面照射平面镜光掩模，却不会干扰光路。

图片来源：摄图网

技术价值观察

光刻机又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。光刻机是半导体产业中最关键设备，光刻工艺决定了半导体线路的线宽，同时也决定了芯片的性能和功耗。光刻机产业的上游主要包括光刻机核心组件和光刻机配套设施 ，下游则主要应用于半导体/集成电路的制造与封装。

日本大学教授设计出一种极紫外(EUV)光刻技术，超越了半导体制造业的标准界限，显著降低半导体制造成本。因此，从光刻机产业链上看，该技术处于产业链上游环节。

宏观市场观察

——光刻机是芯片制造、高端光刻胶研发的重要装备

光刻机又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，是制造芯片的核心装备，也是光刻胶材料研发的重要设备，根据晶瑞电材的集成电路制造用高端光刻胶研发项目信息，设备及安装费占总投资额的69%，而光刻机就占设备及安装费的44%。

——EUV光刻机于近十年间兴起

随着半导体技术的更新换代，光刻机也从最开始的g线(436nm)逐渐发展为近十年间兴起的EUV光刻机，从接触式向接近式，最后演变成步进式为主。EUV光刻机，又称极紫外线光刻机，是芯片生产工具，是生产大规模集成电路的核心设备，对芯片工艺有着决定性的影响，其中，小于5纳米的芯片晶圆，只能用EUV光刻机生产。

——全球光刻机销量情况

目前，全球光刻机市场的集中度极高，前三大厂商的市场份额占比达90%以上。数据显示，2015-2020年，全球光刻机销售量总体增长，2020年达413台，同比增长16.7%。

光刻机随着光刻技术的更迭，已从最初的g-line，i-line历经KrF、ArF发展到了如今的EUV。2020年，全球光刻机销量仍以中低端产品(KrF、i-Line)为主，合计达264台，占比约65%;而在高端光刻机-EUV的销量为31台，占比约19%。

——荷兰ASML公司占全球光刻机龙头地位

从TOP3企业的竞争格局来看，2020年，荷兰ASML公司占比62%，出货量达到258台，力压尼康和佳能：

——EUV光刻机单台价值高达1.5亿欧元

由于EUV光刻机的高技术壁垒，也造就了其高价值特征。当前，全球仅有荷兰的ASML公司有能力生产EUV光刻机。

根据该公司的EUV光刻机售价显示，2018年以来，该公司的EUV光刻机价格也不断上扬，2021年7月4日，约为1.54亿欧元/台，折合人民币11.7亿元(以1欧元兑7.6元人民币换算)。

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更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国光刻机行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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