（原标题：EUV本领，远景光明）
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东谈主工智能芯片的需求正在呈指数级增长，但资本和复杂性戒指了这项本领只可由少数几家公司掌捏。这种情况可能很快就会改变。
用于维持一切东谈主工智能的先进节点芯片的需求快速增长，给行业餍足需求的智商带来了压力。
从维持大型话语模子的超大范围数据中心，到智高手机、物联网成立和自主系统中的旯旮 AI，多样应用对顶端半导体的需求齐在加快增长。但制造这些芯片严重依赖极紫外 (EUV) 光刻本领，这已成为扩大分娩的最大崎岖之一。自 2019 年首批商用 EUV 芯片下线以来，成立、掩模生成和光刻胶本领的稳步改进使该本领趋于平定。但尽管产量正在普及，但仍过期于更锻真金不怕火的光刻本领。
工艺平定性需要握住警惕和微调。就 EUV 而言，它还需要在发电、成立和耗材方面进行巨额投资。如今，这些资本仍然是鄙俚给与的崎岖。但该行业并莫得停滞不前。正在进行密集的盘考和开辟服务，主义是再行型光刻胶材料和更坚硬的光源到先进的掩模写入器和复杂的 AI 驱动工艺抑止等各个方面。
“晶圆厂的分娩力取决于多种要素——产量、工艺恶果和准确的图案升沉，”Irresistible Materials 首席实施官 Dinesh Bettadapur 默示。“减少曝光剂量、普及光刻胶智谋度和减少劣势齐是让 EUV 更具资本效益的重要要素。”
AI 需求弧线转为垂直
对先进节点半导体的握住增长的需求正在重塑行业。AI 服务负载、高带宽内存 (HBM) 以及下一代迁徙和计算打算成立齐在鼓舞向更细密工艺节点的转换。每次迭代齐需要使用 EUV 的更复杂的制造本领，而高 NA EUV 正在成为 1.8nm 及以下大范围分娩的惟一可行阶梯。
AI 加快器、大型 GPU 和高性能 CPU 需要越来越小的晶体管来最大法例地普及功率恶果和计算打算密度。Nvidia、AMD 和 Intel 的顶端 AI 芯片一经依赖于 EUV 制造的 5nm 和 3nm 工艺节点，而向 2nm 全栅 (GAA) 晶体管的转换将进一步加多对 EUV 功能的需求。
HBM 分娩的某些方面亦然如斯，三星、好意思光和 SK 海力士正在有采纳地部署 EUV，主要用于逻辑和外围电路，而不是存储单位阵列自己。诚然 EUV 有助于普及 HBM 堆栈的密度和图案化精度，但深紫外 (DUV) 光刻仍然在中枢存储层中占主导地位。但是，跟着 AI 服务负载的扩大，对超高带宽内存的需求也将随之扩大，这使得维持 EUV 的 HBM 组件变得越来越重要。
“若是你要制造晶体管数目相等多的成立，那么你需要尽可能地松开尺寸，”HJL Lithography 首席光刻师 Harry Levinson 默示。“EUV 的商场将是晶体管数目最多的芯片。天然，‘高’的圭臬会跟着时期的推移而变化，但如今东谈主工智能加快器、GPU 和迁徙处理器齐在冲破这些极限。”
除了 AI 和 HBM，5G、自主系统和旯旮计算打算的下一代逻辑器件也需要 EUV 在某些重要层上的分歧率上风。压根挑战在于，尽管对 AI 芯片的需求呈指数级增长，但或者分娩基于 EUV 的芯片的晶圆厂数目仍然有限。
目下，唯独五家半导体制造商在大范围分娩中使用 EUV——台积电、三星、英特尔、SK 海力士和好意思光。这些公司共同分娩通盘 5nm 逻辑和内存成立，将 EUV 智商迫临在少数几家公司手中。
日本的 Rapidus 正在成为该商场的第六大参与者。该定约由八家成员构成，包括丰田、索尼、三菱日联银行、NTT、Denso、Kioxia、NEC 和软银，他们在位于日本北海谈的 IIM-1 晶圆厂装配了 ASML 的 NXE:3800E EUV 扫描仪，野心于 2027 年开动精深量分娩。
尽管如斯，EUV 的契机仍然有限。“信得过的问题不是 EUV 是否有用——它如实有用，” Synopsys首席工程师 Larry Melvin 说。“挑战在于最大的参与者以外的晶圆厂是否或者领略资本是合理的。掩摹本领、光刻胶化学和扫描仪恶果的每一次改进齐有匡助，但若是莫得成立和运营用度的根人性镌汰，EUV 仍将仅限于少数东谈主。”
先进节点芯片需求的握住增长一经卓著了 EUV 产能，ASML 难以餍足订单。台积电的亚利桑那州晶圆厂、英特尔的好意思国和爱尔兰扩建名堂以及三星的德克萨斯州代工名堂齐需要更多的 EUV 产能智力已毕本年和来岁的精深量分娩主义。这些扩建将进一步加重供需缺口。
揣度畴昔 5 到 7 年内，AI 芯片商场范围将增长至目下范围的至少 10 倍。1,2,3 台积电 2nm 工艺的订单积压已延续到 2026 年。
EUV成立瓶颈
动作EUV扫描仪的惟一供应商，ASML一直在勤劳餍足需求，但多年的订单积压不绝戒指新EUV分娩线的推广。该公司伊始进的器具，如 NXE:3800E 和行将推出的 EXE:5000 高 NA 系统，一经提前数年分拨给率先的半导体制造商。跟着对 AI 芯片、HBM 和先进迁徙处理器的需求呈指数级增长，现存的 EUV 分娩线靠近着弘大的压力，需要普及产量、良率和举座恶果，以弥补行业受限的扩展智商。
政府维持的盘登科心正在介入，以匡助弥补这一差距。比利时的 imec 和纽约州奥尔巴尼的 CHIPS 法案资助的 EUV 加快器等设施专注于鼓舞 EUV 掩摹本领、工艺抑止和抗蚀剂化学的发展，以普及产量并镌汰每片晶圆的资本。Imec 在测试和考据下一代掩模材料方面阐扬了中枢作用，这些材料不错普及特征分歧率，同期减少赶紧劣势。
EUV 加快器由联邦政府投资 8.25 亿好意思元维持，在好意思国采用了相通的方法，提供顶端 EUV 器具和盘考平台，以加快制造和行业给与。这些勤劳与私营部门的研发汇注会，旨在攻克重要本领崎岖，这些崎岖不绝使 EUV 成为一项艰深而复杂的工艺。
由于 EUV 的使用和资本戒指，很多处于率先地位的晶圆厂正在转向篡改的光刻策略以保持竞争力。羼杂光刻（其中 EUV 仅用于最重要的层，而 193nm ArF、ArF 浸没和 KrF（248nm）扫描仪处理要求不高的特征）已成为圭臬。多重图案化本领（举例双重和四重图案化）已将 DUV 的范围远远超出了其最初的智商，使晶圆厂无需进行 EUV 投资即可分娩更小的特征尺寸。此外，一些公司正在探索纳米压印光刻 (NIL) 和特定层的自拼装图案化，这些本领不错提供资本或分歧率上风。
Levinson 默示：“尽管 EUV 光刻本领在先进节点的重要层中得到了鄙俚给与，但 248nm 和 193nm 光刻本领仍然被鄙俚使用，以至在前沿领域，也用于非重要逻辑层、NAND 闪存以及通过多重图案化已毕的一些紧密间距层。工艺抑止和掩摹本领的篡改使 DUV 仍然是很多层的可行采纳，为晶圆厂提供了一种经济高效的形势来扩展现存器具，而不是将通盘器具齐颐养为 EUV。”
瞻望畴昔，EUV 和高 NA EUV 无疑将鼓舞先进节点半导体制造的发展，但即使 EUV 本领达到了资本和本领改进的门槛，从而领略更鄙俚的行业给与是合理的，替代光刻方法仍将不绝阐扬重要作用。
EUV 光刻本领靠近的最持久的本领挑战之一是掩模基础设施。与使用透射式掩模的传统深紫外 (DUV) 光刻本领不同，EUV 掩模是反射式的，这一根人性转换引入了很多新的故障模式。即使是微细的劣势也会歪曲反射光并导致灾祸性的图案化故障，从而加多劣势率并镌汰产量。
为了缓解这些问题，盘考东谈主员正在改进多光束掩模写入器、高透明度薄膜，并勤劳已毕无劣势掩模坯料。多光束电子束掩模写入本领一经产生了要紧影响，减少了创建高精度、无劣势掩模所需的时期。传统的单光束掩模写入器速率慢且容易出现图案虚假，但多光束系统使用数千条平行电子束来加快分娩，同期保持亚纳米精度。
薄膜本领（即掩膜上的保护层）也取得了权臣的跳跃。早期的 EUV 薄膜相等脆弱，传输恶果低，镌汰了扫描仪的分娩率。新式碳基薄膜权臣普及了热平定性和传输率，延长了掩膜的使用寿命，且不会退化。这反过来又减少了频繁更换掩膜的需要，而更换掩膜是一个艰深且耗时的过程。此外，它还普及了晶圆之间的一致性。
“大部分资本（大要每片掩模板 10 万好意思元）是由产量决定的，”莱文森说。“产量一直在普及，但价钱仍然很高，因为掩模板制造商正在斥逐投资加多分娩智商以餍足客户需求。在某个时候，现存的客户群将足够。但就目下而言，资本仍然很高。”
掩模永久性、图案保真度和举座劣势抑止方面的跳跃有助于晶圆厂将 EUV 产量推向与更锻真金不怕火的 DUV 本领极度的水平，但掩模资本仍然是一项千里重的财务使命。该行业正在积极勤劳叮属这些经济挑战和本领挑战。
材料跳跃
光刻胶材料仍然是已毕 EUV 光刻的高产量和工艺平定性的重要挑战。几十年来，化学放大光刻胶 (CAR) 一直是行业圭臬，但先进节点的酸扩散和赶紧劣势戒指了它们餍把握一代半导体制造严格要求的智商。
“咱们目下所处的阶段是，改进光刻胶材料将变得相等艰辛，因为光刻胶分子的尺寸目下只占特征尺寸的一小部分，”落寞光刻行家 Harry Levinson 默示。“你不成纯粹地将一种化学物资换成另一种。叮属这一挑战还需要逐日常厘米有更多的光子来扞拒光子散粒噪声，这是一个基本的物理拘谨。”
跟着特征尺寸进一步松开，需要给与新方法来普及分歧率、镌汰线旯旮粗拙度 (LER) 并普及智谋度，同期保持工艺平定性。但这些要素之间的量度带来了陆续的工程挑战。
Lam Research副总裁 Rich Wise 默示：“同期提供分歧率、线旯旮粗拙度和智谋度是一项信得过的挑战。你时常会看到只怜惜其中两个而忽略第三个的扫尾，这会镌汰扫描仪的分娩恶果。”
为了克服 CAR 的局限性，业界正在探索几种替代光刻胶平台。一种采纳是金属氧化物光刻胶 (MOR)，它在 EUV 波长下具有很强的接管率，何况在较低厚度下具有更好的对比度。但是，传统的 MOR 对工艺条目高度明锐，需要更高的剂量，从而带来产量和产量挑战。
Lam 推出了 Aether 干光刻胶本领，该本领使用气相千里积而非旋涂来施加 MOR。这增强了工艺抑止，镌汰了赶紧变异性，并普及了光子接管恶果，最终镌汰了剂量要求并普及了更细密间距下的图案分歧率。
Wise 在韩国半导体展的演讲中默示：“尽管 EUV 扫描仪功率、可靠性和数值孔径方面的进展令东谈主荧惑，但光刻胶已成为胜利印刷 EUV 发展的制约要素。目下旋涂的光刻胶难以餍足先进本领节点精深量制造 (HVM) 所需的严格智谋度、分歧率和劣势率要求。”
另一种方法是 Irresistible Materials 开辟的多触发光刻胶 (MTR) 平台。MTR 使用的分子比现存团员物小约 10 倍，可已毕更小的特征尺寸和更高的分歧率。与 CAR 不同，MTR 给与受控催化过程，可最大法例地减少酸扩散，同期保持较高的光子接管率和智谋度。
“EUV 的要求相等暴虐，莫得一种单一的光刻胶配方或工艺或者全齐餍足不同成立类型和层的多样需求，”Bettadapur 说谈。“工艺兼容性、延伸容忍度和线宽粗拙度仍然是需要握住改进的领域。”
MOR 和 MTR 齐各有上风，但它们也具有晶圆厂必须处治的特有工艺明锐性。
Brewer Science高档本领行家 Douglas Guerrero 默示：“不同类型的光刻胶靠近不同的挑战。关于化学放大光刻胶，镌汰焦深 (DOF) 需要更薄的薄膜。跟着薄膜变薄，对比度将低于现存光刻胶，同期粗拙度也会加多。金属氧化物光刻胶即使在较低厚度下也具有邃密对比度的上风。它闪现出邃密的分歧率智商，但对工艺的明锐性是一个难以抑止的挑战。”
除了分歧率和 LER 以外，劣势率仍然是一个重要问题，它胜利影响 EUV 在精深量制造中的可行性。光刻胶中即使很小的劣势也会导致图案化失败、产量损构怨资本加多。
Brewer Science 业务开辟司理 Daniel Soden 默示：“劣势率是需要优化和抑止的重要参数，以确保工艺可扩展性并引入成立制造。邃密的光刻性能是重要，但劣势率需要保持较低且平定，以确保高工艺产量并充分阐扬 EUV 光刻的上风。”
追求更低劣势率的能源鼓舞了材料净化和过滤本领的跳跃，但跟着底层从 25 至 30 纳米松开到 1 至 10 纳米，团员物瞎想和添加剂功能变得比以往任何时候齐愈加重要。从遥远来看，光刻胶篡改将需要材料科学的根人性转换。
“咱们需要分子级抑止，”格雷罗说。“咱们正在盘考厚度不卓著几百个分子的薄膜，其中每个原子齐很重要，并对材料的特点产生影响。体积行为将不再对举座材料特点产生影响。分子瞎想和定位需要达到埃级精度。”
跟着半导体制造商向高 NA EUV 过渡，这些材料戒指将变得愈加较着，需要冲破分子工程界限的新式光刻胶和底层。诚然目下莫得一种光刻胶平台或者餍足通盘 EUV 要求，但 CAR、MOR、MTR 和干光刻胶的握住跳跃代表了处治 EUV 最迫切的材料挑战的多种阶梯。
AI工艺抑止
除了对掩模和光刻胶进行物理改进外，晶圆厂越来越依赖 AI 和机器学习来优化工艺抑止、劣势检测和普及产量。Tignis 和 Synopsys 等公司处于集成 AI 驱动计量器具的前沿，这些器具不错及时辰析工艺变化并校正影响产量的变化。
Tignis处治有策划工程总监 Boyd Finlay 默示：“先进的光刻本领有卓著 1,000 种成立和工艺参数需要进行特点阵势和监控，以确保质地扫尾。咱们的自动化一键式关联引擎已被领略不错浮现多层变量，因为它们会影响 CD 以过火他感酷好酷好的反应要素。然后，这些复杂的数据关系会自动团结到咱们的低代码话语（数字孪生查询话语，即 DTQL）算法中，这些算法不错安排用于基于 AI 的历程监控和抑止策略。”
这些 AI 驱动的系统允许晶圆厂把柄及时数据动态颐养扫描仪参数，优化曝光剂量、瞄准小吏和抗蚀剂烘烤条目，以减少变化。经过数千片晶圆考研的机器学习模子不错识别赶紧劣势的趋势，并在导致代价激动的产量耗费之前提倡校正措施。
Finlay 默示：“这加快了 EUV 开辟学习周期，已毕了一次见效图案化，同期为咱们的客户提供快速的按需故障摒除。咱们的处治有策划还不错优化多程序工艺，举例光刻和蚀刻，将 AI 的上风扩展到单一工艺以外，以改善叠层裂缝等工艺问题。”
跟着 EUV 的给与范围握住扩大，东谈主工智能驱动的过程抑止将成为见效最大化扫描仪蒙胧量的晶圆厂与那些难以叮属陆续变化的晶圆厂之间的重要区别。
扩大EUV范围的阶梯
EUV 最大的资本驱动要素之一是光源。EUV 光刻依靠高能激光源产生波长为 13.5 nm 的极紫外光。这些光源恶果低下，大部分能量在到达晶圆之前就耗费了。
ASML 的最新一代扫描仪每台系统耗电数百千瓦，这意味着弘大的运营资本。诚然一经取得了一些功耗方面的改进，但还需要进一步的跳跃智力使 EUV 成为二线晶圆厂的可行采纳。
Synopsys 的 Melvin 默示：“可能需要一个变电站来为 EUV 扫描仪组供电。EUV 曝光镜头夙昔需要大要 100 千瓦的电能。这种情况一经有所改善，但电源恶果仍然是一个主要问题。”
这在很猛进度上是由于 EUV 扫描仪包含 6 个镜子。“光路中的镜子越多，能量耗费就越多，”Melvin 说。“每个镜子接管大要 40% 的穿过它的光，因此当它到达晶圆时，只剩下一小部分原始能量。”
劳伦斯利弗莫尔国度实践室 (LLNL) 的盘考东谈主员正在探索替代的激光驱动等离子源，以权臣普及 EUV 功率恶果。他们的服务旨在镌汰产生 EUV 光子所需的能量，从而镌汰每片晶圆的资本，同期保持产量。此外，高亮度激光源将来不错已毕更紧凑、更经济高效的 EUV 器具。
劳伦斯利弗莫尔国度实践室先进光子本领组组长 Brendan Reagan 默示：“EUV 光刻本领一经冲破了现存激光驱动等离子源的极限，找到普及颐养恶果和可扩展性的方法至关重要。”
LLNL并未使用传统的 CO 2激光器来产生 EUV 光所需的等离子体，而是开辟了二极管泵浦固态激光器 (DPSSL)，这种激光器的电气恶果更高，总体功耗更低。这些激光器在较短的红外波长下服务，普及了产生 EUV 光的锡滴的接管率，从而普及了光子颐养恶果。
“诚然二氧化碳驱动的 EUV 光源为行业提供了邃密的服务，但它们本色上恶果低下，电光颐养恶果仅为个位数百分比，”Reagan 说谈。“咱们以为铥基系统的恶果不错普及 5 到 10 倍，大大减少能源奢华，同期保持精深量光刻所需的功率水平。”
通过优化这一过程，LLNL 的方法不错降顽劣源资本和散热量，从而有可能已毕更紧凑和模块化的 EUV 系统。表面上，DPSSL 发出的顽劣量脉冲还不错减少薄膜的热应力，延长其使用寿命并镌汰掩模浑浊事件的频率。但是，对薄膜永久性的影响还取决于峰值脉冲能量、重迭率和扫描仪内的散热动态等要素。这些领域仍需进一步盘考。
LLNL 高强度激光驱动源发扬东谈主 Jackson Williams 默示：“从意见考据转向工业处治有策划需要克服几个崎岖，包括集成到现存的 EUV 源瞎想中。半导体行业厌恶风险是不错长入的，因此任何新的激光源齐必须与现存的 EUV 步进光学系统和基础设施无缝集成。使用不同的激光前端同期保持现存 EUV 系统的大部分不变的智商不错使这一溜变愈加可行。”
与此同期，冲绳科学本领盘考所 (OIST) 正在采用不同的方法，盘考怎么普及扫描仪自己的光子期骗率。其盘考针对的是反射镜系统中的光学损耗，该系统目下接管了极度一部分可用的 EUV 能量。通过优化镜面涂层和减少光学像差，盘考东谈主员但愿加多到达晶圆的光的百分比，从而普及器具恶果并减少曝光时期。
将EUV扩展到顶端晶圆厂以外
要使 EUV 扩展到各人最大芯片制造商以外，就需要给与替代的买卖模式和基础设施计谋来克服激动的实施资本。
“不单是是曝光器具，”莱文森说。“分娩线上的通盘其他成立齐需要投资，比如用于掩模检查的成立，这会带来弘大的财务风险。”
终末，在 imec 和 CHIPS 法案资助的 EUV 加快器等盘登科心分享 EUV 基础设施，不错提供一种合作式的买卖化方法。将这些勤劳从研发扩展到分娩合作伙伴关系，不错让无晶圆厂半导体公司和微型代工场获取 EUV 本领，而无需承担专用 EUV 分娩线的一起资本使命。
“需要采用相通芯片的策略来已毕 EUV 的后续给与者，”Melvin 默示。“有利分娩 I/O 芯片和内存芯片的晶圆厂可能会领有坚硬的商场，这些芯片会被集成到多种最终居品中，而不是每家晶圆厂齐试图领略全节点 EUV 的给与是合理的。”
每种模式齐代表着扩大 EUV 应用的潜在处治有策划，但齐依赖于资本镌汰、工艺抑止和基础设施开辟的陆续跳跃。对基于 EUV 的芯片的需求只会加快增长，而该本领能否超越行业最大的参与者将决定半导体制造的下一阶段。
论断
EUV 光刻本领的畴昔之路取决于握住增长的需求与行业扩展智商之间的竞争。下一代先进节点处理器将为东谈主工智能驱动的数据中心、自主系统和高带宽计算打算提供能源，将制造智商推向极限。餍足这一需求需要的不单是是渐进式的改进。这将需要从压根上改变 EUV 的部署和走访形势。扩大 EUV 器具的供应、普及资本恶果以及开辟篡改的掩模分娩和工艺抑止方法将决定该本领在行业最大参与者以外的鄙俚应用范围。
为了跟上设施，该行业必须加快光刻胶材料的冲破，改进高产量工艺抑止，并冲破节能光源的界限。鼓舞 EUV 的鄙俚给与还需要新的业务和制造模式，使微型晶圆厂或者将先进的光刻本领集成到其分娩历程中。EUV 一经重塑了半导体制造业。它的下一步发展将决定该行业怎么扩大对这一重要本领的使用。
https://semiengineering.com/euvs-future-looks-even-brighter/
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