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光刻工艺中g线、i线、DUV、EUV是什么意思？

光刻工艺中g线、i线、DUV、EUV是什么意思？

老虎说芯|Tiger Chip|

2025-04-02 21:59:08 640

不同波长的光源各自对应不同的技术节点和制造需求。从早期的 g线、i线到目前主流的 KrF、ArF 再到最*的 EUV，每一次升级都展现了更高分辨率和更先进的工艺水平。随着对器件尺寸不断逼近物理极限，EUV及其后续升级版本将持续发展。

但需注意，EUV设备昂贵、维护复杂，加之掩模技术、衬底材料以及光刻胶等配套环节都需要同步提升。因此，产业界对多重曝光、混合工艺（ArF与EUV 结合）等灵活的过渡方案也有广泛需求。未来，或许还有其他更短波长甚至基于电子束等新技术的突破，但要实现大规模量产，仍有很多工程与成本难题需要逐步攻克。

一、背景与重要性

在芯片制造过程中，光刻被认为是决定集成电路集成度的核心工序，其核心目标是将设计好的微纳级电路图形“转印”到衬底（通常是硅片）上。随着对芯片小型化与性能提升的追求愈发迫切，光刻分辨率也不断演进。而分辨率能否进一步提升，很大程度上取决于所采用的光源波长——波长越短，潜在的分辨率越高，因此也能满足更先进、更精细的技术节点需求。

二、光源波长与技术节点的对应关系

1. 紫外光（汞灯）

g线（436 nm）

对应技术节点：≥0.5 μm
适用场景：早期集成电路制造或对线宽要求不高的器件。
特点：工艺稳定成熟，设备成本相对较低，但无法满足深亚微米级别的线宽需求。

i线（365 nm）

对应技术节点：0.35～0.25 μm
适用场景：比 g 线更先进一代的紫外光刻技术，广泛用于 0.35 μm 及 0.25 μm 等时代节点。
特点：曾是大规模生产的主流方案，但目前在更高端领域已基本被深紫外工艺取代。

2. 深紫外线（DUV）

KrF（248 nm）

对应技术节点：0.25～0.13 μm
适用场景：深入亚微米领域的主流光刻技术，推动集成电路制程进入 0.13 μm 门槛。
特点：相比 i 线进一步缩短的波长提高了光刻分辨率，实现了单层、多层掩模曝光等工艺。

ArF（193 nm / 浸没式 193 nm）

对应技术节点：0.13 μm～7 nm
适用场景：从 0.13 μm 一路延伸到更小的几十纳米乃至数纳米级别，业内大量高端制程都依赖 ArF 结合浸没式曝光及多重曝光工艺。
特点：193 nm 光源结合浸没式技术可“变相”增加曝光系统数值孔径（NA），再叠加双重/多重曝光等方法，使其覆盖极为宽泛的节点范围。当前不少先进工厂在 7 nm 或 10 nm 制程中仍在使用 ArF 浸没式光刻与多重曝光的组合。

F?（157 nm）

对应技术节点：尚未产业化应用
适用场景：理论上可实现高分辨率，但在材料、光学系统、成本等层面遇到瓶颈，未能大规模投入生产。
特点：曾被视为下一代深紫外光刻的潜力方案，但由于面临诸多技术挑战，被 EUV 技术在一定程度上替代。

3. 等离子体极紫外线（EUV）

EUV（13.5 nm）

对应技术节点：7 nm/5 nm 及以下
适用场景：用于最前沿的先进制程节点（7 nm、5 nm 乃至 3 nm、2 nm），是高性能处理器与先进存储芯片的关键工艺之一。
特点：波长远短于 DUV，但对光学系统、真空环境、掩模以及光源生成方式的要求极高，设备及运营成本昂贵。EUV 光源的引入极大减少了多重曝光需求，有利于简化工艺流程并提高整体良率。

三、光源波长与分辨率的基本原理

光刻分辨率通常可用类似瑞利准则（Rayleigh Equation）来进行量化，简化后的表达式为：

其中， λ lambda 为光源波长，NA（数值孔径）为光学系统性能的表征。波长越短，能够成像的最小线宽就越小；同时，如果通过浸没式光刻工艺增大 NA，也可以进一步降低分辨极限。
基于这一原理，产业界为了实现更细微的线宽，不断朝更短波长发展：从传统的 g线、i线过渡到 KrF、ArF，再到 EUV。这也就是光源种类与技术节点之间呈明显“匹配”或“对应”关系的根本原因。

四、影响光源选择的其他因素

光刻机系统复杂度
：波长越短，往往需要更高质量的光学元件和更加复杂的曝光系统；对于 EUV 而言，更是要求在真空环境下工作，整体光源功率、耐用度等都是挑战。
材料与光刻胶
：不同波长下，光刻胶需要满足特定的吸收/透过特性，工艺窗口差异显著。
工艺成本
：更先进的光刻机价格和维护成本都会显著提升，需要评估量产规模和芯片利润空间。
多重曝光与工艺迭代
：对于同一种光源，通过多次曝光（双重、三重等），可以在一定程度上突破单次曝光的物理极限。例如 ArF 浸没式光刻在多次曝光的辅助下也可支撑到 7 nm，甚至部分 5 nm。