9月6日华为发布了下一代移动终端SOC，麒麟990系列，其中麒麟990 5G版是业内首次使用EUV工艺打造出的芯片，其中的晶体管数量从上一代惊人的69亿爆涨到非常惊人的103亿，而芯片面积却没有多大变化。因而也成为了世界首款集成5G基带的移动终端SOC，因为太优秀而和身边的友商显得总有些格格不入，毕竟大家都还在玩NSA的外挂基带呢。这让我想起了EUV又被称为“真7nm”，仿佛是在刻意模仿SA的“真5G”一样，让人感受到一丝冷幽默的气息。那么作为一名普通消费者，你这一先进工艺又了解多少呢？今天就让我用大白话为你揭秘！
它的全名叫Extreme Ultraviolet Lithography，中文名叫极紫外光刻，是一种集成电晶圆加工技术的升级，上一代和它的主要区别是升级了用来“雕刻”的光，把193nm波长的短波紫外线替换成了13.5nm的“极紫外线”，之所以称之为“极”是因为这个波长已经是紫外线的极限了，再短一点点低于10nm的话就会进入“X射线”的领域了，因此有些场合人们也会称其为“软X射线”。
很简单，为了更精准，更细腻的分辨率。上一代使用的光线是193nm波长的紫外线，可以看出这个长度比目前我们制造晶体管的7nm要大27.5倍。
光是一种电磁波，它存在一种名为“衍射”的现象，就是当光遇到和波长相近的障碍物时会背离“直线传播”。光的波长是一个非常小的尺度，一般难以观察到，偏偏光刻就是在这个尺度上工作的，这就是技术必须要面对的挑战，为了光刻提高分辨率，必须要减少光的衍射才行。
减少衍射最直接能想到的方法当然就是让“刻刀”变得更精细，也就是让光的波长变得更短。这就是从193nmArF进化到13.5nmEUV的最自然而然的思路。用一个新的比喻来说就是，193nm用的还是西瓜刀，13.5nm就是一把手术刀，精致、锋利、可以切下一块极小的病变组织而不伤及紧贴的血管。
那么这条技术升级路线的表现怎么样呢?下面咱们花开两朵，各表一支。分别从EUV到来之前半导体行业是如何苦撑的以及EUV为什么姗姗来迟说开。
理想很美满，现实很困难。EUV已经拖延了十年了，在这十年里，193nm ArF技术“老且弥坚”，毕竟EUV还没法顶上来，自己还得上啊。液体浸没（immersion）和多重曝光（multi pattrtning）技术给原本只能止步于65nm的老将强力续命，大力出奇迹，竟然硬是给续到了7nm。
这俩续命神器到底是怎么做到这么神奇的事情的呢？“液体浸没”就是用水或其他液体代替空气成为紫外线的传播介质，可以一定程度提高分辨率。
而“多重曝光”说明白点就是把一个精密的操作操作拆成几个简单的操作，这样即使是粗糙的工具也能勉强完成。比如我想在西瓜上雕一个小指头粗细的洞，用手术刀只要转一下就可以了，但是西瓜刀则不行，于是我们把“雕圆”简化成“雕正十二边形”在一大堆辅助设备的帮助下用西瓜刀尖在西瓜上戳十二下，也算是完成了差不多的效果。
虽然“正十二边形”和“圆”差不多，但工序麻烦，而且精度也上不去。最重要的是到了7nm的级别，这个技术也已经到达极限了，更新换代已经是唯一选择。
EUV已经布局开发了20年了，原本人们认为会在2010年左右进入产业化阶段，大规模商用。可是在研发过程中光刻机制造商们才发现，原来这种“全村的希望”、“摩尔定律拯救者”、次世代的技术研发难度远超想象！
难就难在这把“手术刀”实在是太锋利了，就连拿刀的手也忍不住颤抖。
193nm紫外线的光子能量为6.4eV（电子伏特，能量单位），EUV的光子能量高达为91~93eV！这种能量的光子用一般的方法是射不出来的，激光器或灯泡都不行，它的生成方法光是听起来就非常变态，这需要将锡熔化成液态，然后一滴一滴地滴落，在滴落过程中用激光轰击锡珠，让其化为等离子态，才能释放“极紫外光”。这样的光源用久了就会在里面溅很多锡微粒，必须要定时清洁才行。
EUV不仅能量高，对物质的影响也极其强大，它们可以被几乎任何原子吸收：也就是说对于EUV来说 ，空气，玻璃，水，你能想到的所有物质都是不透明的，所以它的传播路径必须是完全的真空，这就要求EUV光刻机的内部也必须是真空状态，晶圆从气闸进入，还要不断将混入其中的空气抽掉。
因为玻璃已经不能用了，所以透镜自然也就不能使用了，要想让EUV聚焦到合适的形状，就只能用镜子，这种用6面凹面镜子组成的系统名为EUV/X射线变焦系统（EUV /X-Rayfocusing systems）。
可是就算是镜子也没好到哪里去，每一面镜子都会吸收30%的EUV，整个系统里有4个镜子用于发光系统，6个镜子用于聚焦系统。EUV光罩本身也是一个额外的镜子。通过11次反射，只有大约2％的EUV来到了晶圆上，这效率真是太感人了……
因为效率感人，所以需要的功率也大辐上涨。193 nm ArF 准分子激光器功率强度为200 W / cm 2，用于产生EUV的等离子体的激光器需要大约10 0000000000 W / cm 2！ArF光源平均的功率为45W，而EUV的平均光源功率为500w！这也是光刻机生产商挑战的难题之一。
除了这主要的两个问题之外，还有诸如次级电子对光刻胶的曝光、光化学反应释放气体，EUV对光罩的侵蚀等种种难题都要一一解决，这就导致很长时间里EUV的产量非常低，在之前公开的资料里，EUV的产量只有日均1500片，而193nm ArF的产量为6000。就算现在已经正式商用了，EUV的成本还是非常高的。
目前唯一可以给EUV供货的光刻机生产商是荷兰的ASML公司，一年可以交付区区30台光刻机，而目前有能力驾驭EUV工艺的据我所知只有台积电，所以现在能用上EUV是一件非常奢侈的事，已知明确使用EUV工艺的目前只有麒麟990 5G。EUV这把次世代极致手术刀已经打造好了，未来终将进入全面EUV时代，挑战5nm的任务也非它莫属。科技的进步给我们带来一次又一次的革命，现在这场soc制程革命也已经降临到我们身边了，未来已来，你…不想试试吗？
本文到这里，有关EUV的优势和难点已经差不多科普完了，如果还想了解更多有关光刻的知识，就继续往下读吧！
大家应该在很多新闻中看到过这样一个五彩缤纷的圆盘，这个叫晶圆（wafer），现在的芯片制造全靠它，所以这些能生产芯片的企业也被称为“晶圆代工厂”，比如大名鼎鼎的台湾积体电路制造股份有限公司（台积电），他们的Logo就是一个晶圆。
那么这个东西为什么是圆形的呢？因为它的原料是圆形的，就像一根大香肠，每一片都是从当中切下来的，这个大香肠就叫单晶硅（]monocrystallinesilicon），是纯度高达99.9999999%的硅晶体。那又为什么要把单晶硅做成这个形状呢？因为如果把熔化好的硅像铸铁一样放置冷却，里面的硅原子就会排列混乱。硅是一种晶体，它也可以像雪花一样成长，形成特定的几何结构。
就像冰箱里的水不会成为雪花一样，我们必须要用一种更温柔的方式让硅晶体成长，用一块小硅晶体放入熔化炉中，硅原子就会像拼图一样在嵌到上面形成源源不断生长的硅晶体，这个设备为了保持形态均匀，会旋转着缓慢上升，将硅锭从炉子里提出来，就成了这个样子。
当切片完成后，就要进入光刻的步骤了。这也是我之前一直非常好奇的一个问题，大家知道纳米有多小吗？现在的一个晶体管宽度只有7nm，一个HIV病毒就有120nm，一枚红细胞就有7500nm，而一根头发的直径高达45000nm！（本来我想用红细胞制作一张图来表现差距，但我很快发现根本没法把它俩放进一张图片里，它们差了1000倍啊！）
想要把这么一个微小的图案刻在硅板上简直不可思议。当我深入了解后才知道原来是利用的光的缩放原理，这就像是投影仪的逆操作，把较大的画面通过透镜照射到较小的区域，这样就可以在原子级大小的层面刻下图案了。
具体操作是先给晶圆上一层绝缘性能相当不错的材料，再给绝缘材料上涂上一层被容易在紫外线下发生化学变化的胶，叫光致抗蚀剂（photo resistevenly）
然后轮到光罩（Mask）登场了，它就是光刻的底片，紫外线经过光罩后会留下影子。
没有被遮住的紫外线照射到晶圆上之后，光致抗蚀剂就会变成下图中黄色的化合物。
这种化合物可以被特定的溶洗掉，现在我们需要刻的图案就让绝缘介质暴露出来了。
接下来的一点叫蚀刻（etching），也就是用“侵蚀”的方法进行雕刻，到了这一步才算是真正地进入了雕刻环节，现在我们才知道原来光雕刻的不是晶体，而是表面的胶。蚀刻有很多方法，现在常用的是等离子冲击法，就像下图里那样把之前涂上去的高绝缘材料去掉，露出下面的硅晶体。
接着再把剩下的光刻胶另一种溶剂洗掉，就可以进入下一步了。
之后就是用一些技术给露出来的硅晶体打入硼或砷、磷。再用高温让这些原子替代少量硅原子的位置，这一工艺叫做掺杂（doped）。这样，一个个小小的晶体管就在硅板上被画出来了，所有的晶体管都是这样在硅板上雕出来的。
这离轻松还早着呢！我们需要给这些小晶体管连上线，这才是最复杂的部分！每个晶体管都有3个引脚，这些引脚需要纵横交错地连起来。相当于复杂十倍的重庆魔幻立交桥。通常需要十几次和上面操作一样的光刻才能把它们搭建起来，区别就在于这次是在光刻留下的沟壑中使用电镀的方式填入铜，再磨平。
这样，一块芯片的主要工序就完成了，剩下的就是让每一块都通过质量测试，去除残次品，切割，封装。成品芯片就做好了。下面这张图展示的就是显微镜下的芯片，这是一个相当老旧的芯片（因为最新的芯片光学显微镜已经看不清了），图片最后显示的黄的小方块每一个都是一个20nm的晶体管大小，而它的四分之一才是麒麟990上搭载的7nm晶体管的面积！
这样本文就真的结束了，如果喜欢我的文章就请转发支持吧！再见！
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