光刻工藝中g線、i線、DUV、EUV是什么意思？

老虎說芯|Tiger Chip|

2025-04-02 21:59:08 695

不同波長的光源各自對應不同的技術節點和制造需求。從早期的 g線、i線到目前主流的 KrF、ArF 再到最*的 EUV，每一次升級都展現了更高分辨率和更先進的工藝水平。隨著對器件尺寸不斷逼近物理極限，EUV及其后續升級版本將持續發展。

但需注意，EUV設備昂貴、維護復雜，加之掩模技術、襯底材料以及光刻膠等配套環節都需要同步提升。因此，產業界對多重曝光、混合工藝（ArF與EUV 結合）等靈活的過渡方案也有廣泛需求。未來，或許還有其他更短波長甚至基于電子束等新技術的突破，但要實現大規模量產，仍有很多工程與成本難題需要逐步攻克。

一、背景與重要性

在芯片制造過程中，光刻被認為是決定集成電路集成度的核心工序，其核心目標是將設計好的微納級電路圖形“轉印”到襯底（通常是硅片）上。隨著對芯片小型化與性能提升的追求愈發迫切，光刻分辨率也不斷演進。而分辨率能否進一步提升，很大程度上取決于所采用的光源波長——波長越短，潛在的分辨率越高，因此也能滿足更先進、更精細的技術節點需求。

二、光源波長與技術節點的對應關系

1. 紫外光（汞燈）

g線（436 nm）

對應技術節點：≥0.5 μm
適用場景：早期集成電路制造或對線寬要求不高的器件。
特點：工藝穩定成熟，設備成本相對較低，但無法滿足深亞微米級別的線寬需求。

i線（365 nm）

對應技術節點：0.35～0.25 μm
適用場景：比 g 線更先進一代的紫外光刻技術，廣泛用于 0.35 μm 及 0.25 μm 等時代節點。
特點：曾是大規模生產的主流方案，但目前在更高端領域已基本被深紫外工藝取代。

2. 深紫外線（DUV）

KrF（248 nm）

對應技術節點：0.25～0.13 μm
適用場景：深入亞微米領域的主流光刻技術，推動集成電路制程進入 0.13 μm 門檻。
特點：相比 i 線進一步縮短的波長提高了光刻分辨率，實現了單層、多層掩模曝光等工藝。

ArF（193 nm / 浸沒式 193 nm）

對應技術節點：0.13 μm～7 nm
適用場景：從 0.13 μm 一路延伸到更小的幾十納米乃至數納米級別，業內大量高端制程都依賴 ArF 結合浸沒式曝光及多重曝光工藝。
特點：193 nm 光源結合浸沒式技術可“變相”增加曝光系統數值孔徑（NA），再疊加雙重/多重曝光等方法，使其覆蓋極為寬泛的節點范圍。當前不少先進工廠在 7 nm 或 10 nm 制程中仍在使用 ArF 浸沒式光刻與多重曝光的組合。

F?（157 nm）

對應技術節點：尚未產業化應用
適用場景：理論上可實現高分辨率，但在材料、光學系統、成本等層面遇到瓶頸，未能大規模投入生產。
特點：曾被視為下一代深紫外光刻的潛力方案，但由于面臨諸多技術挑戰，被 EUV 技術在一定程度上替代。

3. 等離子體極紫外線（EUV）

EUV（13.5 nm）

對應技術節點：7 nm/5 nm 及以下
適用場景：用于最前沿的先進制程節點（7 nm、5 nm 乃至 3 nm、2 nm），是高性能處理器與先進存儲芯片的關鍵工藝之一。
特點：波長遠短于 DUV，但對光學系統、真空環境、掩模以及光源生成方式的要求極高，設備及運營成本昂貴。EUV 光源的引入極大減少了多重曝光需求，有利于簡化工藝流程并提高整體良率。

三、光源波長與分辨率的基本原理

光刻分辨率通常可用類似瑞利準則（Rayleigh Equation）來進行量化，簡化后的表達式為：

其中， λ lambda 為光源波長，NA（數值孔徑）為光學系統性能的表征。波長越短，能夠成像的最小線寬就越小；同時，如果通過浸沒式光刻工藝增大 NA，也可以進一步降低分辨極限。
基于這一原理，產業界為了實現更細微的線寬，不斷朝更短波長發展：從傳統的 g線、i線過渡到 KrF、ArF，再到 EUV。這也就是光源種類與技術節點之間呈明顯“匹配”或“對應”關系的根本原因。

四、影響光源選擇的其他因素

光刻機系統復雜度
：波長越短，往往需要更高質量的光學元件和更加復雜的曝光系統；對于 EUV 而言，更是要求在真空環境下工作，整體光源功率、耐用度等都是挑戰。
材料與光刻膠
：不同波長下，光刻膠需要滿足特定的吸收/透過特性，工藝窗口差異顯著。
工藝成本
：更先進的光刻機價格和維護成本都會顯著提升，需要評估量產規模和芯片利潤空間。
多重曝光與工藝迭代
：對于同一種光源，通過多次曝光（雙重、三重等），可以在一定程度上突破單次曝光的物理極限。例如 ArF 浸沒式光刻在多次曝光的輔助下也可支撐到 7 nm，甚至部分 5 nm。