最後更新:2026年10月8日曝光・微影EUV 曝光・微影中國大陸:EUV光刻机

EUV 曝光機是什麼

EUV Lithography Equipment

EUV 曝光機是以波長 13.5nm 的極紫外光為光源的最先進半導體曝光設備。由於波長僅約 ArF 浸潤式(193nm)的 1/14,能以單次曝光形成 7nm 以下的微細圖案。EUV 光會被空氣與玻璃吸收,因此必須採用真空環境與反射鏡光學系統,設備價格每 1 台超過 200億日圓,實質上由艾司摩爾(ASML)獨家供應。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 重點整理
  3. 常見問題
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

EUV(極紫外光)曝光機是以波長 13.5nm 的極紫外光為光源的最先進半導體曝光設備。EUV 是 Extreme Ultraviolet(極紫外光)的縮寫,波長約為傳統 DUV(ArF 浸潤式,193nm)的 1/14,極為短。憑藉此短波長,在 7nm 以下的先進製程節點可用單次曝光形成圖案,成為現代最先進晶片製造不可或缺的技術。

EUV 曝光機最大的特點,是能憑藉短波長以單次曝光形成微細圖案。傳統 ArF 浸潤式為了取得 7nm 以下的解析度,必須重疊多次曝光,也就是「多重圖案化(multi-patterning)」,而 EUV 能以 1 次曝光取而代之。這可大幅簡化製造步驟,可望降低每片晶圓的成本並提升良率。另一方面,EUV 光會被大氣與玻璃透鏡吸收,因此設備內部必須保持高真空(10⁻⁶Pa 以下),光學元件也必須全部由施加多層膜鍍膜的反射鏡構成。這種結構的複雜性,正是設備成本極高的根本原因。

EUV 光源的機制相當獨特。它採用「雷射激發電漿(LPP)方式」:以高功率 CO₂ 雷射照射錫(Sn)的微小液滴使其產生電漿,進而產生 13.5nm 的光。產生的光以橢圓形收集鏡聚光,經由多層膜反射鏡構成的照明光學系統與投影光學系統投射到晶圓上。與使用 ArF 準分子雷射的 DUV 相比,光源原理根本不同。

反射光學系統所使用的多層膜反射鏡,是將鉬(Mo)與矽(Si)交互堆疊數十層而成,對 13.5nm 的光最高具有約 70% 的反射率。為維持此反射率,反射鏡的製造精度、表面粗糙度與污染管理極為重要。投影光學系統通常使用 6 片反射鏡,將光罩圖案縮小為 1/4 轉印到晶圓上。

目前全球 EUV 曝光機的量產供應商只有艾司摩爾。每 1 台的價格,NA0.33 的標準機型約 200~350億日圓,下一代 High-NA EUV(NA0.55)據稱超過 500億日圓。High-NA EUV 的解析度進一步提升,可支援 2nm、1.4nm 世代的超微細圖案形成。艾司摩爾以 EXE:5000 系列推動開發,英特爾、台積電、三星正陸續導入。

與日本的關聯方面,以量產 2nm 世代先進半導體為目標的 Rapidus,正推動在北海道千歲市的晶圓廠導入 EUV 設備的計畫。此外,日本的材料與零組件廠商供應 EUV 用光阻、空白光罩(mask blanks)、光罩保護膜等 EUV 生態系的重要材料,日本在 EUV 供應鏈中的存在感非常大。

圍繞 EUV 的主要技術課題包括:①光阻的靈敏度、解析度與線邊緣粗糙度(LER)之間的取捨,②光罩保護膜如何兼顧高穿透率與耐熱性・耐久性,③提升光源的 EUV 轉換效率與設備稼動率(UPH),④光罩檢測與清潔技術的精進。這些課題的解決,左右著先進節點運用 EUV 的成本與良率。

重點整理

  • 波長 13.5nm(約 ArF 浸潤式的 1/14),支援 7nm 以下的先進節點
  • 單次曝光即可,不需多重圖案化——減少步驟數與成本
  • 真空腔體+多層膜反射鏡光學系統是技術上的難關
  • 艾司摩爾是全球唯一的量產供應商(獨占 EUV 市場)
  • High-NA EUV 數值孔徑達 0.55,是 2nm 世代以後的主力候選

EUV 曝光機的常見問題

什麼是 EUV 曝光機?
EUV(Extreme Ultraviolet)曝光機是使用波長 13.5nm 的極紫外光,在晶圓上繪製電路圖案的設備。與傳統 DUV(ArF 浸潤式,波長 193nm)相比,波長短到約 1/14,能以較少的曝光次數形成更微細的電路。是 7nm 以下先進邏輯製程不可或缺的設備。
EUV 與 DUV 有何不同?
最大的差異在於光源波長。EUV 為 13.5nm,DUV(ArF 浸潤式)為 193nm。EUV 波長較短,能以單次曝光形成更微細的圖案;但光會被大氣與水吸收,因此必須在真空環境中,並使用僅由反射鏡構成的反射光學系統。DUV 是成熟技術,設備成本較低,從成熟節點到部分先進層都被廣泛使用。
EUV 曝光機的價格大約多少?
標準 EUV(NA 0.33)的最新機型每 1 台約 200~350億日圓,High-NA EUV(NA 0.55)據稱超過 500億日圓,屬於半導體製造設備中的最高價位。不過,使用 EUV 可減少多重圖案化的步驟數,整體晶圓成本視情況反而可以最佳化。
哪些廠商在製造 EUV 曝光機?
能製造並供應量產用 EUV 曝光機的,只有荷蘭的艾司摩爾。EUV 設備的開發牽涉光源(Trumpf・Cymer)、光學系統(蔡司(Carl Zeiss))、精密控制等數百家公司的供應鏈,由艾司摩爾負責整合。
什麼是 High-NA EUV?
High-NA EUV 是將數值孔徑(NA)從現行的 0.33 提高到 0.55 的下一代 EUV 曝光機。解析度進一步提升,可望應用於 2nm 以下的先進製程。艾司摩爾正在開發 High-NA EUV(TWINSCAN EXE:5000),英特爾、台積電、三星已開始導入。
為什麼 EUV 曝光機需要真空環境?
EUV 波長 13.5nm 的光,幾乎會被大氣中的氧、氮與水蒸氣完全吸收。因此曝光機內部必須保持高真空,讓整個光路處於真空狀態。這是 EUV 設備的設計與運作變得複雜的主要原因之一。
EUV 的波長是多少 nm?(EUV 波長)
EUV 的波長為 13.5nm,約相當於 ArF 浸潤式 DUV(193nm)的 1/14,是介於 X 射線與紫外線之間的「極紫外光」。憑藉此短波長,能以較少的曝光次數形成 7nm、5nm、3nm 以下先進邏輯所需的微細圖案。相對地,DUV(ArF:193nm,KrF:248nm,i-line:365nm)波長較長,須以多重圖案化彌補微縮能力。
EUV 是什麼的縮寫?
是 Extreme Ultraviolet 的縮寫,中文譯為「極紫外光」(亦稱「極紫外線」)。為波長 13.5nm 的電磁波,遠短於可見光(380~780nm),介於 X 射線與紫外線之間。
為什麼只有艾司摩爾能製造 EUV?
EUV 曝光機是由光源(Trumpf・Cymer)、反射光學系統(Carl Zeiss)、精密載台與控制技術等,全球數百家供應商參與的超複合系統。艾司摩爾是花了 20 年以上,確立所有這些要素技術之系統整合的唯一整合者。後進企業若要建構同等系統,需要龐大的投資與長時間,因此實質獨占的局面持續至今。
日本有哪些半導體廠商使用 EUV?
在日本國內,以量產 2nm 世代先進半導體為目標的 Rapidus,計畫在北海道千歲市的晶圓廠導入 EUV 設備。鎧俠(Kioxia)也在 3D NAND 製造中運用 EUV。此外,日本製的 EUV 相關材料(光阻・空白光罩・光罩保護膜等)由日本廠商供應全球,日本在 EUV 供應鏈中的存在感相當大。
EUV 曝光機的產出量(處理能力)大約多少?
艾司摩爾最新機型 TWINSCAN NXE:3800E(NA0.33)在30mJ/cm²的曝光劑量下實現約 220片/小時(wph)以上的產出量。雖然低於 DUV 浸潤式(超過 300wph),但 1 次 EUV 曝光可取代多次 DUV 多重曝光,因此就整體製程而言仍具競爭力的成本效益。High-NA EUV(EXE:5000)初期約從 150wph 起步,並預定持續改善。
什麼是 EUV 光罩保護膜?
光罩保護膜(pellicle)是保護 EUV 光罩(reticle)表面免受微粒(異物)附著的薄膜罩。只要異物位於偏離焦平面的位置,就能將其對曝光圖案的影響降到最低。EUV 用光罩保護膜必須讓 EUV 光高度穿透,同時具備耐熱性與耐久性,目前正開發多晶矽與奈米碳管(CNT)材料。三井化學、IMEC 等正推動開發。
EUV 曝光機的主要課題有哪些?
主要課題有 5 點:①設備成本(每 1 台數百億日圓),②EUV 光阻的靈敏度、解析度與線邊緣粗糙度(LER)之間的取捨,③光罩保護膜的穿透率與耐久性,④光源的 EUV 轉換效率與稼動率(維持 UPH),⑤光罩檢測與清潔技術。這些課題直接關係到先進節點的成本與良率。

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