一、光刻機(jī)“nm”的含義
光刻機(jī)多少nm,有兩層含義:
光源波長(zhǎng):光刻機(jī)使用的曝光光源波長(zhǎng)是多少,比如 g線光刻(436 nm)、i線光刻(365 nm)、KrF光刻(248 nm)、ArF光刻(193 nm)、EUV光刻(13.5 nm)。
支持的制程節(jié)點(diǎn):光刻機(jī)通過(guò)光源、透鏡和工藝優(yōu)化后,能實(shí)現(xiàn)的最小特征尺寸是多少,即芯片制程工藝節(jié)點(diǎn),比如 90 nm、28 nm、7 nm、3 nm。
需要注意:光刻機(jī)波長(zhǎng)并不等于芯片工藝節(jié)點(diǎn)。例如,193 nm 的 ArF 浸沒(méi)式光刻機(jī),配合多重圖形化技術(shù)(多重曝光、雙重圖形化、EUV 輔助等),依然能支持 7 nm 工藝。
二、光刻機(jī)主流波長(zhǎng)與對(duì)應(yīng)水平
g線(436 nm)、i線(365 nm)光刻機(jī)
主要用于早期工藝(> 250 nm)。
現(xiàn)在仍用于部分 MEMS、LCD、LED 等領(lǐng)域。
KrF光刻機(jī)(248 nm)
可實(shí)現(xiàn)約 130 nm~90 nm 工藝節(jié)點(diǎn)。
在2000年代初期大量使用,現(xiàn)在用于一些成熟工藝和功率器件生產(chǎn)。
ArF干式光刻機(jī)(193 nm)
支持 90 nm~65 nm 工藝。
成熟工藝產(chǎn)線仍有需求。
ArF浸沒(méi)式光刻機(jī)(193 nm Immersion)
通過(guò)液體折射率提高數(shù)值孔徑(NA),分辨率大幅提升。
可直接支持 45 nm、32 nm 工藝,結(jié)合 雙重圖形化、多重圖形化 技術(shù),延伸到 14 nm、10 nm,甚至 7 nm。
這就是為什么即便 EUV 稀缺,DUV 光刻機(jī)仍能在先進(jìn)工藝中被大量使用。
極紫外光刻機(jī)(EUV, 13.5 nm)
分辨率大幅提升,可直接支持 7 nm 及以下工藝。
已經(jīng)用于 7 nm、5 nm、3 nm 節(jié)點(diǎn)的量產(chǎn)。
目前由荷蘭 ASML 獨(dú)家供應(yīng),型號(hào)如 NXE:3400C/D、NXE:3600D、NXE:3800E。
高數(shù)值孔徑EUV(High-NA EUV, 13.5 nm, NA=0.55)
仍使用 13.5 nm 光源,但通過(guò)更大數(shù)值孔徑,實(shí)現(xiàn)更高分辨率。
可支持 2 nm、1.4 nm 節(jié)點(diǎn)的研發(fā)和生產(chǎn)。
ASML 已經(jīng)交付首臺(tái) EXE:5000 給英特爾,預(yù)計(jì) 2026 年進(jìn)入量產(chǎn)。
三、光刻機(jī)與芯片“nm”節(jié)點(diǎn)的關(guān)系
90 nm~65 nm:ArF干式光刻機(jī)即可完成。
45 nm~32 nm:ArF浸沒(méi)式光刻機(jī)成為主力。
28 nm~14 nm:依靠 ArF 浸沒(méi)式 + 多重曝光實(shí)現(xiàn)。
10 nm~7 nm:DUV 已經(jīng)到極限,必須引入 EUV 光刻機(jī)。
5 nm~3 nm:EUV 光刻機(jī)全面應(yīng)用,成為核心工具。
2 nm~1.4 nm(研發(fā)中):需要 High-NA EUV。
四、目前光刻機(jī)的最高水平
截至 2025 年:
DUV 光刻機(jī):最先進(jìn)的 ArF 浸沒(méi)式光刻機(jī)仍在量產(chǎn),應(yīng)用廣泛,支持至 7 nm(多重圖形化)。
EUV 光刻機(jī):已實(shí)現(xiàn) 7 nm、5 nm、3 nm 量產(chǎn)。ASML 最新的 NXE:3800E 可實(shí)現(xiàn)更高產(chǎn)能與精度,已交付臺(tái)積電、三星、英特爾。
High-NA EUV 光刻機(jī):首臺(tái) EXE:5000 已交付,用于 2 nm 以下技術(shù)研發(fā),預(yù)計(jì) 2026~2027 年實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。
五、總結(jié)
光刻機(jī)到底多少nm,可以分為三個(gè)層次:
波長(zhǎng)層面:
DUV:193 nm(主流)
EUV:13.5 nm(先進(jìn)制程)
High-NA EUV:13.5 nm(更高NA,分辨率更高)
制程節(jié)點(diǎn)層面:
DUV 可支持 90 nm~7 nm(配合多重圖形化)
EUV 支持 7 nm~3 nm
High-NA EUV 將支持 2 nm~1.4 nm
行業(yè)現(xiàn)狀:
成熟工藝(28 nm 以上)主要靠 DUV。
先進(jìn)工藝(7 nm 以下)必須依賴 EUV。
未來(lái)工藝(2 nm 以下)將依賴 High-NA EUV。
因此,光刻機(jī)“多少nm”不是單一數(shù)值,而是一個(gè) 波長(zhǎng)—制程—技術(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。目前最高水平是 EUV 光刻機(jī)可用于 3 nm 量產(chǎn),High-NA EUV 正向 2 nm 發(fā)展。