光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備，而所謂“N+1光刻機(jī)”或“N+1工藝”并不是指某種特定型號(hào)的設(shè)備，而是一種制程技術(shù)演進(jìn)概念。在半導(dǎo)體制造中，“N”代表當(dāng)前主流量產(chǎn)節(jié)點(diǎn)（如7nm、5nm），而“N+1”則指在此基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化光刻與工藝流程，實(shí)現(xiàn)更高集成度、更低功耗與更高性能的下一代工藝。
一、N+1的基本含義
在半導(dǎo)體領(lǐng)域，工藝制程通常以晶體管柵極線寬或等效特征尺寸命名，例如7nm、5nm、3nm等。當(dāng)企業(yè)宣布進(jìn)入“N+1”節(jié)點(diǎn)時(shí)，意味著該制程相對(duì)于前一代（N）在晶體管密度、性能、功耗或成本上實(shí)現(xiàn)了綜合提升。
簡(jiǎn)言之，N+1不是單純換設(shè)備，而是利用光刻機(jī)、材料、曝光策略等多方面的技術(shù)優(yōu)化，使芯片在不更換EUV設(shè)備的前提下繼續(xù)微縮。
二、N+1光刻工藝的核心思想
“N+1”制程的原理可理解為：
在現(xiàn)有DUV或EUV光刻機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)多重曝光、圖案分割、分層疊加、掩模優(yōu)化和成像增強(qiáng)等方法，提高芯片圖案精度和密度。
具體技術(shù)路徑包括：
多重曝光（Multiple Patterning）
當(dāng)單次曝光無(wú)法滿足分辨率要求時(shí)，采用雙重或四重曝光技術(shù)，將復(fù)雜電路圖形分成多個(gè)掩模圖層，分別曝光后再疊加形成高精度結(jié)構(gòu)。這種方法是DUV光刻延伸到7nm、5nm的重要手段。
浸沒(méi)式光刻（Immersion Lithography）
在光刻機(jī)物鏡與晶圓之間加入折射率高的液體（水），提高光學(xué)分辨率。N+1工藝通常在193nm ArF浸沒(méi)光刻的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，配合多重曝光實(shí)現(xiàn)更小線寬。
分辨率增強(qiáng)技術(shù)（RET）
包括相移掩模（PSM）、光學(xué)鄰近效應(yīng)校正（OPC）和離軸照明（OAI），通過(guò)改變光照角度與掩模結(jié)構(gòu)，提升圖像邊緣清晰度。
圖形修正與自對(duì)準(zhǔn)（Self-Alignment）
采用自對(duì)準(zhǔn)雙重圖形（SADP）或自對(duì)準(zhǔn)四重圖形（SAQP）技術(shù)，以化學(xué)沉積和蝕刻方式進(jìn)一步細(xì)化圖案，降低誤差。
三、光刻機(jī)在N+1工藝中的作用
維持高精度曝光
即使不更換光刻機(jī)型號(hào)，N+1工藝仍要求設(shè)備維持極高的焦距控制與對(duì)位精度。光刻機(jī)通過(guò)激光干涉儀控制工作臺(tái)位置，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)誤差校正。
增強(qiáng)掩模配合度
掩模設(shè)計(jì)需與光學(xué)系統(tǒng)匹配，通過(guò)改進(jìn)相移結(jié)構(gòu)與透射率，優(yōu)化成像效果。N+1節(jié)點(diǎn)往往采用“光掩模+輔助掩模”的組合方式，以補(bǔ)償分辨率不足。
曝光控制優(yōu)化
光刻機(jī)的軟件系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)調(diào)整曝光劑量、焦距補(bǔ)償和掃描速度，從而在同一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)不同制程的靈活切換。
提升圖形均勻性與疊層精度
N+1工藝要求上下層對(duì)位誤差小于2nm。光刻機(jī)的自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)利用干涉信號(hào)與機(jī)器視覺(jué)算法，確保層間精確重疊。
四、N+1工藝與EUV光刻的關(guān)系
EUV（極紫外）光刻機(jī)使用13.5nm波長(zhǎng)光源，理論上可直接實(shí)現(xiàn)5nm以下圖形。但由于EUV設(shè)備昂貴、產(chǎn)能有限，許多晶圓廠仍在DUV平臺(tái)上開發(fā)N+1或N+2工藝，以延長(zhǎng)現(xiàn)有設(shè)備的壽命。
五、N+1光刻的意義
成本可控
相比直接引入EUV系統(tǒng)，N+1光刻工藝可在現(xiàn)有DUV設(shè)備上實(shí)現(xiàn)更高集成度，節(jié)省設(shè)備投資。
技術(shù)可持續(xù)
它讓晶圓廠在不依賴國(guó)外高端光刻機(jī)的情況下，依然能推進(jìn)先進(jìn)制程，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)自主性。
性能提升明顯
通過(guò)多重曝光與光學(xué)校正，N+1制程芯片的晶體管密度可提升15~25%，能效比顯著提高。
