《三思科学》电子杂志
第四期，2001年10月1日


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三思言论集
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EUVL——下一代
 芯片工艺的核心
　
　　　　　 阿甘
　

　　EUVL 极端远紫外光刻工艺是Extreme Ultraviolet Lithography 的缩写，
被业界一致认为是下一代芯片工艺的核心技术。也有人认为，摩尔定律
是否能够续写，EUVL 技术的成败将是关键之一。

■ 什么是光刻 (Lithography)？

　　有一种说法是，现代文明是电子芯片驱动的。从航天事业到日常生活，
电子芯片对于现代文明的影响无处不在。而这所有的芯片，又无一例外都
是光刻工艺的产物。

　　人类社会对于“刻”、“做标记”并不陌生。作为文明的标志，远古
的人们在洞穴中刻出了生命的图腾。做为现代科学的象征，今天的人们在
半导体晶片上刻出电路的结构。远古的人们用的是木头，石头，今天人们
更加聪明，需要刻在更加微小的尺度上，人们用的是电和光。同样是一个
刻，刻在半导体上就成了电路？


　
　在硅晶片上刻出的间距只有50纳米的线。

　同样是一个刻，刻在半导体上就成了电路？
 

　　当然没有这么简单。光刻只是在半导体上刻出晶体管器件的结构，以
及晶体管之间连接的通路。要真正地实现电路，则还需要搀杂，沉积，封
装等系列芯片工艺手段。但光刻是第一步，整个芯片工艺所能达到的最小
尺寸也是由光刻工艺决定的。

■为什么极端远紫外？

　　芯片工业的本质被摩尔定律描述得非常准确。用更通俗的话讲，整个
芯片工业这二三十年来只有一个主题：把晶体管尽量做小，把尽可能多的
晶体管做到一起。在这个不变的主题下，芯片工艺不断地更新。从最开始
的 2微米芯片工艺逐步微缩到目前的 0.15，0.13微米。

　　0.15，0.13 指的都是芯片工艺所能刻出的最小的尺度。而这个最小尺
度主要是由光刻工艺所用光源的光波长决定的。所用的光波长越短，所能
达到的尺度越小，所能取得的集成度越高。

　　也正是由于此，芯片工艺所用的光源从可见光过渡到紫外、远紫外，
最后连远紫外的光源都无法满足技术的要求，EUVL (极端远紫外) 芯片工
艺技术也就应运而生。

■ 精英汇萃

　　关于EUVL理论上的探讨和初步的实验在 80年代中期就有学者做过相
关工作。但一直到90年代末期，芯片工艺的飞速发展以及微缩过程中所遇
到的种种难题才使得工业界产生了紧迫感。而且集成电路发展的过程也清
楚地显示，如果不对当前的芯片工艺做大刀阔斧的改进，尽快地推出EUVL
工艺，摩尔定律甚至整个芯片工业都将面临前所未有的危机。

　　基于共同的认识，芯片业界的巨人Intel，AMD，Motorola以及美国三
个国家级重点实验室联手合作，在1997年成立 EUVL联盟，斥资 2.5 亿美
元开发 EUVL的实验系统。(如下图所示) 
  

  
■ 巨大的技术挑战

　　EUVL系统主要由四部分构成：
　　　　· 极端紫外光源
　　　　· 反射投影系统
　　　　· 光刻模板 (mask)
　　　　· 能够用于极端紫外的光刻涂层 (photo-resist)

　　无论是哪个部分，传统的光刻工艺都无用武之地，需要重新设计。

　　首先，极端紫外光源非常难设计，现有的激光器在极端紫外光谱输出
功率低，无法达到光刻所需的能量要求。而让问题变得更复杂的是，极端
紫外光会被绝大多数的材料吸收，包括空气，传统的光刻透射投影设备等。



　　因此，EUVL系统需要在高真空的环境中才能得以实现。而且传统的
透射投影的方法已经完全无法采用，而只能采用更加麻烦，需要更精确控
制的反射投影系统。其中反射镜的设计，系统控制所需要达到的精度，成
像均匀的保证等，都是需要进一步深入研究的问题。
 


　　美国Sandia国家实验室关于EUVL的网页