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EUV光刻新突破,是不是真的?

EEWorld 电子工程世界 2023-10-12

这几天,关于光刻的迷惑性传言又来了。

事情围绕 EUV而起,传闻者将其包装的“有鼻子有眼”,大概意思就是有总比没有强。发酵愈深,传闻愈悬。

这也引发EEworld坛友的激辩,这种方案就好比1000米精度的狙击枪,我们做出999米的枪管子,并且一个光刻工厂什么长度的光都有。虽然想象力丰富,但仍然难辨真假。(如果有任何其它想法与工程师沟通,可移步EEWorld原贴进行讨论:http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1256513-1-1.html

这种方案会是绕开ASML的关键吗?

电子工程世界(ID:EEworldbbs)丨出品

 EUV,在历史中胜出 


为什么EUV光刻这么被大家所关注?对一颗芯片来说,光刻是制造过程中最重要、最复杂也最昂贵的工艺步骤,其成本占总生产成本30%以上,占据将近50%的生产周期。

不止如此,卡中国脖子的设备有很多,但光刻机是国产化率一直成长最慢的一个。

对芯片来说,5nm以后就必须使用EUV光刻机。这是因为,当金属间距缩小到30nm以下(对应工艺节点超越5nm),光刻机的分辨率就不够用了。

从公式“光刻机分辨率=k1*λ/NA”中,可以得知,NA越大,光刻机分辨率就越高,制程就越先进。但NA孔径并没有那样容易提升,所以光刻机就选择了改变光源,用13.5nm的EUV光源取代193nm的DUV光源,就能大幅提升光刻机分辨率。不止如此,EUV还能能够减少工艺步骤,提升良率。

EUV难在哪里?根据ASML官方信息,一台EUV光刻系统,包括激光器、物镜、光路系统、测试台、曝光台以及测量设备、减震装置等多个部件,每个部件要求都极高,十分精密,且需要完美地配合,制造难度极高:

  • 包含100000个零件,重约180吨;
  • 需要40个货运集装箱,通过20多辆卡车和3架货机运输;
  • EUV系统中使用的反射镜需要非常平整,如果被放大成德国那么大,最大的凸起不到1毫米高;
  • 通过发射高能激光至熔融锡滴上产生EUV光——这个过程每秒达50000次;
  • EUV系统可以精确地控制光束,以至于相当于从地球上照出手电筒并击中放置在月球上的 50欧分硬币;
  • EUV系统包含一个重达7600公斤的大型真空室。


 那么,不用EUV行吗? 


除了EUV,也不是没有其它技术,全世界对光刻的研究一直都很积极,已经足足有将近60年历史,光刻技术也远比想象中要多。

虽然EUV并非通向先进制程的唯一之路,但只是都没那么好,或者太贵了,EUV仍然是现在最主要的方向。

对芯片行业来说,理想的光刻机技术应该是成本较低、通量高、特征尺寸小、材料和基材独立的。

而现在除了光学光刻,大部分光刻技术都不能满足大规模生产需求,直写光刻这种技术,一般又大多做掩模版或定制化芯片。

光学光刻等于是经过历史层层筛选,最终胜出的技术,并从紫外光刻技术(UV)、深紫外光刻技术(DUV)和极紫外光刻技术(EUV)不断向前延伸,其波长也从436nm、365nm、248nm,不断向193nm、13.5nm不断延伸。

每个制程技术节点用什么光刻技术,IEEE一直都有所规划,并且已经持续数十年,它就是国际器件与系统路线图(IRDS)。

根据路线图规划,极紫外光刻(EUV)、导向自组装(DSA)和纳米压印光刻(NIL)是下一代纳米制程节点的技术候选方案。不过,纳米压印光刻(NIL)目前还不能大规模生产,只是多用于一些小规模的芯片定制或是做掩模版。

制程工艺发展路线及潜在技术,图源丨IEEE

 成果转化,没那么简单 


那么, 我们该如何看待这件事呢?

首先,这项论文成果,一定是划时代的,我们相信国产的力量正在变强。但相应的,外界“添油加醋”的小道消息,并不可信,也可以说就是谣言。

这种方案并不是不可能,但又有一种破罐子破摔的感觉,正是这种模糊感,让人感觉传闻都是真的。

美国心理学家阿尔波特和波兹曼(Allport & Postman)曾在上个世纪40年代提出传言传播公式,即“传言传播机会=个人关注程度×事件证据模糊性“。也就是说,事件不确定性和满足人们好奇心是关键,对于真相远没有对自我立场、观点佐证的需求重要,因此人们只愿意相信自己想要相信的东西。

对于市场信息,我们需要理性看待:

一方面,要考虑到技术实用化的问题。世界上,有着许多新型路线写在论文之中,就比如量子计算、类脑计算,这些技术很好,砸大钱也不是不能实现,但缺乏商业实用化,所以连英特尔都只是说我们在研究,但正式推出要等到有市场。投资机构不会盲目投钱,不会毫无理由地盲目投大钱。一切总归要讲商业逻辑,路要一步一个脚印地走。

另一方面,要考虑到技术实现的问题。光刻机不仅是吞金兽,还是吞电兽、吞水兽,这么大的机器要用多少电、用多少水、废水怎么处理都是要看考虑的问题;光有一个EUV光源还不代表技术突破,掩模版、光刻胶、光刻系统建设都是需要考虑的问题;百般周折,最终生产良率和生产效率如何,如果不及预期,冒着风险造出这样的机器,实用吗?

EEworld论坛上,工程师认为,感觉是一种方向,不过得考虑实用性,能做4nm但是产量慢,那没啥意义呀,有工程师表示,俗话说,不看广告,看疗效。现在还说不好,只能等过段时间再说。

在自媒体,我们每天都在突破光刻技术,每天都让世界为之颤抖。我们相信未来一定会更好,但也没必要有了来之不易的论文成果,就大吹特吹,不考虑现实问题。时间从来不语,却会给出你想要的答案。

参考文献


[1] EEworld论坛:这两天沸沸扬扬的“光刻厂”是不是真的啊?.http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1256513-1-1.html[2] 创新清华:清华大学工程物理系在新型加速器光源“稳态微聚束”的研究中取得重大进展.2021.2.26.https://mp.weixin.qq.com/s/iuA9cSaNLi-i4A8IzgDpMQ[3]  IEEE:International Roadmap For Devices And Systems 2021[4] Medium:https://medium.com/@ASMLcompany/a-backgrounder-on-extreme-ultraviolet-euv-lithography-a5fccb8e99f4;


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