芯片制造技术革命性原理(一枚芯片，究竟是怎么通过光刻技术制造的？)

#什么是EUV高数值孔径光刻技术#

我们都知道，芯片制造少不了的一样工具，叫做光刻机。那么光刻机具体是怎么工作的，怎么才能将芯片的制造工艺逼近其物理极限，这样做的意义又是何在呢？下面我们就来简单了解一下。

首先，光刻机的作用就是将设计好的电路图案转移到硅晶片（或其他半导体材料）表面上，从而制造出微小的电子元件。简化之后，它有以下几个步骤：

准备光刻胶：在制造过程开始前，需要在硅晶片上涂上一层光刻胶，这种胶可以通过光曝光和化学反应来改变它的物理性质。光刻胶通常是由聚合物和光致发生剂组成的。光刻图案设计：根据需要制造的电路图案，通过计算机辅助设计软件进行图案设计和布局。曝光：将准备好的光刻胶涂在硅晶片上后，将硅晶片放入光刻机中，通过控制光源的位置和光线强度，将电路图案的轮廓投影在光刻胶上。显影：通过将光刻胶浸入显影液中，使得未曝光部分的光刻胶溶解，露出下面的硅晶片。这样就形成了电路图案。刻蚀：通过刻蚀的方式，将露出的硅晶片表面进行处理，形成完整的电子元件。

光刻技术是半导体制造过程中非常重要的一步，它的精度和稳定性直接决定着芯片的性能和可靠性，从而使芯片实现更高的集成度、更低的功耗和更高的性能。随着半导体技术的不断进步，电路图案的制造尺寸也在不断缩小。比如，当前的工艺已经实现了7nm的电路制造工艺，而有些半导体制造商已经开始研发更小的5nm、3nm和2nm制造工艺。

但是，制造更微小的电路图案也面临着很多挑战和困难。其中最主要的挑战是光学分辨率的限制。根据光学原理，光学分辨率是由光的波长和光学系统的数值孔径（NA）决定的。前者要越小越好，后者要越大越好。所以，这就是为什么EUV高数值孔径光刻技术被认为是目前最先进的光刻技术之一的原因了。相对于传统的光刻技术，EUV高数值孔径光刻技术有几个显著的优势：

更高的分辨率和更小的特征尺寸：由于EUV，即极紫外光源的光波长更短，为13.5纳米，相比传统的光刻技术使用193纳米光波的光源，可以实现更高的分辨率，从而实现更小的特征尺寸。更大的深紫外数值孔径：相比传统的光刻技术，EUV光刻机所采用的光学系统可以实现更大的深紫外数值孔径（大约为0.33），从而可以实现更高的分辨率和更小的特征尺寸。更好的光刻控制能力：EUV光刻机采用的光源是等离子体光源，可以实现更稳定和可控的光刻过程。

看起来是不是有些不明觉厉？

好，不过咱们还是要稍微再解释一下，尤其是对于其中的术语了。

光的波长相信不用我解释大家应该都知道是个什么东西，所以它越小越好也就比较容易理解。只不过理解归理解，要想实现，难度不小。比如EUV光源的功率和稳定性仍然是一个问题，还需要进一步的技术改进。

而光学系统的数值孔径是啥呢？简单说，它是一个描述光学系统接受光的能力的参数，数值孔径越大，表示光学系统接受光的能力越强，越能够实现更高的分辨率和更小的特征尺寸。但是，这样的系统往往需要使用非常复杂的透镜设计和制造工艺，以及精密的装配和校准技术。同时，这样的系统还需要非常高的光学材料透过率和抗辐射损伤能力，因为在高数值孔径条件下，光学材料受到的辐射强度和损伤风险都非常高。

所以尽管在EUV高数值孔径光刻技术中，0.33左右的数值孔径看起来好像不怎么高，但是，它其实已经比传统的深紫外光刻技术中，0.25左右的数值孔径高上了不少，也几乎是现在能做到的极限了。

波长极短的光源加数值孔径极高的光学系统，成就了EUV高数值孔径光刻技术，也帮助它登上王座，成为目前最先进的光刻技术之一。当然，它也不能掉以轻心，因为还有一些新的光刻技术正在研发中，例如基于多重束缚光束（MBL）和极紫外光刻技术（EPL）的光刻技术，这些技术也有可能取代EUV高数值孔径光刻技术成为未来的主流光刻技术。

战争还在继续，铁王座从来不缺竞争者，只是在芯片的世界里，它是绝对公平的。