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近年來，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，至尊超氧化物( extreme ultra-violet，以下簡(jiǎn)稱euv光刻)成為許多公司關(guān)注的光刻技術(shù)之一。

日前，臺(tái)灣積體電路制造株式會(huì)社宣布使用了7納米的euv技術(shù)。 今年，三星企業(yè)正式發(fā)布了7納米的euv芯片exynos 9825。 該公司稱，該芯片將晶體管的性能提高了20%至30%，功耗減少了30%至50%。

備受矚目的原因之一是傳言說euv光刻會(huì)成為摩爾定律的拯救。

半個(gè)多世紀(jì)來，半導(dǎo)體領(lǐng)域按照摩爾定律迅速發(fā)展，從而推動(dòng)了一系列科技創(chuàng)新。 隨著芯片尺寸接近物理極限，摩爾定律是否對(duì)未來也有效已成為當(dāng)今所有領(lǐng)域關(guān)注的問題。

那么，這項(xiàng)技術(shù)能為了摩爾定律而延續(xù)生命嗎？ 是否又成為了良好的APP節(jié)點(diǎn)？ 與這些問題相比，科技日?qǐng)?bào)記者采訪了業(yè)內(nèi)專家。

將電路圖和電子零件刻在底片上

在認(rèn)知euv光刻之前，試著認(rèn)知光刻技術(shù)吧。

其實(shí)，和照相技術(shù)一樣，照片把鏡頭里的畫印在底片上，照片技術(shù)把電路圖和電子零件印在底片上。 北京理工大學(xué)材料學(xué)院副研究員常帥在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)介紹說，在光刻技術(shù)中，一般以涂有感光性膠的硅片為負(fù)片，電路圖案經(jīng)過光刻機(jī)，投影到縮微膠片上。 為了制作芯片，重復(fù)這個(gè)過程幾十次。

光刻技術(shù)的首要作用是制作芯片上的布線和色帶。 在半導(dǎo)體領(lǐng)域工作多年的北京理工大學(xué)材料學(xué)院博士生孟令海告訴科技日?qǐng)?bào)記者，利用光刻機(jī)發(fā)出的光，隔著帶圖案的光掩模曝光涂有抗蝕劑的薄片，抗蝕劑一看到光就發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，光掩模的圖案被印刷在薄片上，電路和

常帥表示，光刻是芯片加工過程中的重要步驟之一，被認(rèn)為是集成電路制造中的重要步驟，決定著制造工藝的先進(jìn)程度。

根據(jù)摩爾定律，芯片能容納的部件數(shù)量每18個(gè)月增加一倍，芯片性能每18個(gè)月增加一倍，價(jià)格減半。

光刻技術(shù)的雕刻精細(xì)度直接決定了元件、電路等在芯片中所占的體積。 因此，光刻是決定芯片是否按照摩爾定律持續(xù)快速發(fā)展的重要技術(shù)，如果沒有光刻技術(shù)的進(jìn)步，芯片制造工藝就無法從微米進(jìn)入深亞微米乃至納米時(shí)代。 常帥說。

孟令海告訴記者，隨著芯片制造工藝從微米級(jí)迅速發(fā)展到納米級(jí)，光刻機(jī)所用光波的波長(zhǎng)也從近紫外( nuv )區(qū)間的436納米、365納米到深紫外( duv )區(qū)間的248納米

euv光源的波長(zhǎng)是主流光源的1/14

用于euv光刻的光波是波長(zhǎng)為13.5納米的極紫外光。 與目前主流光刻機(jī)使用的193納米光源相比，euv光源的波長(zhǎng)約為前者的1/14，可以在硅片上留下細(xì)微的痕跡。

業(yè)界表現(xiàn)出了euv光刻的精細(xì)度，但常用的是，例如像地球射出的手電筒的光一樣，能夠準(zhǔn)確地照射月球的硬幣。 孟令海說。

為了滿足摩爾定律的要求，技術(shù)人員不斷研究和開發(fā)新的芯片制造技術(shù)，縮小線寬，增大芯片容量。 線寬是指芯片上小導(dǎo)線的寬度，是衡量芯片制作技術(shù)先進(jìn)性的重要指標(biāo)之一。 常帥說。

現(xiàn)在，芯片制造商大多采用波長(zhǎng)193nm的光刻技術(shù)，并使用其在底片上繪制了細(xì)致的圖案。 但實(shí)際上，193納米光刻目前已經(jīng)達(dá)到技術(shù)極限，只能支持80納米的線寬工藝，無法在芯片上實(shí)現(xiàn)更小的線寬。 常帥說，由于光源更細(xì)，euv光刻技術(shù)可以滿足22納米以下線寬的集成電路的生產(chǎn)要求。

可以說，euv是目前與實(shí)際生產(chǎn)相近的深亞微米光刻技術(shù)。 如果使用這種光刻技術(shù)，可以在芯片上實(shí)現(xiàn)10納米以內(nèi)的線寬。 孟令海說。

摩爾定律除了性能外，另一個(gè)要求是價(jià)格的下降。 所以，救星還必須承擔(dān)省錢的責(zé)任。 euv光刻技術(shù)正好能滿足這個(gè)要求。

常帥介紹說，光刻機(jī)在工作中頻繁曝光。 總之，通過向硅晶片照射光，使未被掩模遮擋的部分的抗蝕劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以將石英掩模上的電路圖顯影到硅晶片上，然后進(jìn)行蝕刻、脫膠等一系列的工序。

現(xiàn)在主要制造商生產(chǎn)一枚芯片，可能需要進(jìn)行四次，甚至越來越多的曝光。 使用euv光刻技術(shù)，一次曝光就足夠了，可以大幅降低生產(chǎn)制造價(jià)格。 孟令海表示，換言之，euv光刻技術(shù)不僅可以提高寫入精細(xì)度，還可以使芯片價(jià)格更便宜，滿足摩爾定律對(duì)價(jià)格的要求。

不僅如此，euv光刻技術(shù)之所以受到各集成電路制造商的關(guān)注，是因?yàn)檫@種光刻技術(shù)是以前流傳下來的光刻技術(shù)的擴(kuò)大，能夠延續(xù)現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)。

使摩爾定律至少延續(xù)十年

既然euv光刻技術(shù)的利益很多，那么為了摩爾定律而維系生命的重任就可以放心地被托付。

但是，事實(shí)并非如此。

據(jù)常帥和孟令海介紹，目前euv光刻技術(shù)進(jìn)展相對(duì)緩慢。 另外，極紫外光刻光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造也極其復(fù)雜，留下了很多未處理的技術(shù)課題。

孟令海的解體表明，euv光刻技術(shù)目前首要面臨三大挑戰(zhàn)。

首先是光源效率，即每小時(shí)能刻多少?gòu)垺?雖然按照批量生產(chǎn)工序的要求，光刻效率必須達(dá)到每小時(shí)250張，但目前euv光刻效率很難達(dá)到這一點(diǎn)。 這需要進(jìn)一步提高，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)起來相當(dāng)困難。 其次是光致抗蝕劑。 euv光刻機(jī)的技術(shù)原理與通常的光刻機(jī)不同，通常的光刻機(jī)使用投影進(jìn)行光刻，但由于euv光刻機(jī)利用反射光，因此需要利用反射鏡，光子和光刻膠的化學(xué)反應(yīng)會(huì)失去控制，有時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。 后面是光刻機(jī)保護(hù)層的透光性材料，為了提高光刻機(jī)的寫入精度，需要在其上追加保護(hù)層，但現(xiàn)有的保護(hù)層材料質(zhì)量差，透光性差。 孟令海說。

另外，常帥分解表明，euv光刻工藝的良品率也是阻礙euv光刻快速發(fā)展的障礙。 目前，使用普通光刻機(jī)制造的芯片良品率約為95%，但euv光刻機(jī)良品率為70%至80%。

要應(yīng)對(duì)這些問題，增加市場(chǎng)訂單數(shù)量很重要，訂單多了，廠家多了，才能有越來越多的光源、材料等上下游公司共同參與研發(fā)，完成euv光刻產(chǎn)業(yè)鏈。 常帥說。

即使在技術(shù)上滿足要求，收益沒有足夠的吸引力，也不容易賦予制造公司應(yīng)用新技術(shù)的動(dòng)力。 現(xiàn)在，使用euv光刻技術(shù)的生產(chǎn)價(jià)格被認(rèn)為非常高。

資料顯示，新型euv光刻機(jī)的價(jià)格在1億歐元以上，是普通193納米光刻機(jī)的價(jià)格的兩倍以上。 另外，由于電力非常高，euv光刻裝置在生產(chǎn)時(shí)消耗的電量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有的同類設(shè)備。

那么，目前來看，euv光刻技術(shù)在摩爾定律的延續(xù)中，能起到那些作用嗎？

孟令海表示，在光刻線寬5納米以下的制造工藝中，euv光刻技術(shù)不可替代，在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，euv光刻技術(shù)有可能成為摩爾定律持續(xù)快速發(fā)展的重要力量。 因此，如果應(yīng)對(duì)工藝技術(shù)和制造價(jià)格等課題，euv光刻裝置最適合7納米以下的工藝，可以使摩爾定律持續(xù)至少10年。 孟令海說。