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作者：紫光展銳 只有引入EUV技術(shù)的6nm才是真正的6nm，而這項(xiàng)技術(shù)也將伴隨未來可能的5nm、4nm、3nm、2nm、1nm一路前行。 自1965年英特爾創(chuàng)始人之一的戈登·摩爾提出摩爾定律以來，半導(dǎo)體領(lǐng)域就一直在遵循著“當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目,約每隔18個(gè)~24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍”的規(guī)律前行。技術(shù)人員一直在研究開發(fā)新的IC制造技術(shù)，以縮小線寬、增大芯片的容量。 EUV光刻機(jī)的出現(xiàn)，就是一個(gè)重大突破。它實(shí)現(xiàn)了高速，低功耗和高集成的芯片生產(chǎn)工藝，滿足了5G高性能、超帶寬、低時(shí)延和海量連接的需求。 這么厲害的EUV，原理是什么？ 光刻技術(shù)基本上是一個(gè)投影系統(tǒng)，將光線投射并穿透印有電路的光罩，利用光學(xué)原理將圖形打在已涂布感光劑的硅晶片上，進(jìn)行曝光，當(dāng)未曝光的部分被蝕刻移除后，圖樣就會(huì)顯露出來。 在光刻技術(shù)中，提升分辨率的途徑主要有三個(gè)：一是增加光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑；二是減小曝光光源波長(zhǎng)；三是優(yōu)化系統(tǒng)。EUV相較于DUV，把193nm波長(zhǎng)的短波紫外線替換成了13.5nm的“極紫外線”，在光刻精密圖案方面自然更具優(yōu)勢(shì)，能夠減少工藝步驟，提升良率。 EUV技術(shù)的究竟難在哪兒？ 光源產(chǎn)生難: 193nm紫外線的光子能量為6.4eV（電子伏特，能量單位），EUV的光子能量高達(dá)為91~93eV！這種能量的光子用一般的方法是射不出來的，激光器或燈泡都不行，它的生成方法光是聽起來就非常變態(tài)，這需要將錫熔化成液態(tài)，然后一滴一滴地滴落，在滴落過程中用激光轟擊錫珠，讓其化為等離子態(tài)，才能釋放“極紫外光”。這樣的光源用久了就會(huì)在里面濺很多錫微粒，必須要定時(shí)清潔才行。 發(fā)光過程難: EUV不僅能量高，對(duì)物質(zhì)的影響也極其強(qiáng)大，它們可以被幾乎任何原子吸收，所以傳播路徑必須是完全的真空。要想讓EUV聚焦到合適的形狀，只能用這種用6面凹面鏡子組成的系統(tǒng)——EUV/X射線變焦系統(tǒng)（EUV /X-Ray focusing systems）。 有效功率轉(zhuǎn)化率低: 可是就算是鏡子，每一面鏡子都會(huì)吸收30%的EUV，整個(gè)系統(tǒng)里有4個(gè)鏡子用于發(fā)光系統(tǒng)，6個(gè)鏡子用于聚焦系統(tǒng)。EUV光罩本身也是一個(gè)額外的鏡子，形成了11次反射。這個(gè)過程中，只有大約2％的EUV來到了晶圓上。因?yàn)樾实停孕枰墓β室泊筝椛蠞q。ArF光源平均的功率為45W，而EUV的平均光源功率為500w！ 成本太高： 最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)售價(jià)高達(dá)1億歐元一臺(tái)，是DUV光刻機(jī)價(jià)格2倍多，采購以后還需要多臺(tái)747飛機(jī)才能運(yùn)輸整套系統(tǒng)。 此外，EUV光刻機(jī)必須在超潔凈環(huán)境中才能運(yùn)行，一小點(diǎn)灰塵落到光罩上就會(huì)帶來嚴(yán)重的良品率問題，并對(duì)材料技術(shù)、流程控制、缺陷檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)都提出了更高的要求。最關(guān)鍵的是，EUV光刻機(jī)還極度耗電，它需要消耗電力把整個(gè)環(huán)境都抽成真空(避免灰塵)，通過更高的功率也彌補(bǔ)自身能源轉(zhuǎn)換效率低下的問題，設(shè)備運(yùn)行后每小時(shí)就需要耗費(fèi)至少150度的電力。 除此之外，次級(jí)電子對(duì)光刻膠的曝光、光化學(xué)反應(yīng)釋放氣體、EUV對(duì)光罩的侵蝕等種種難題都要一一解決。這就導(dǎo)致很長(zhǎng)時(shí)間里EUV的產(chǎn)量極低，在之前公開的資料里，EUV的產(chǎn)量只有日均1500片。 結(jié)合以上的知識(shí)點(diǎn)，采用了6nm EUV工藝技術(shù)的虎賁T7520，真是閃耀著高技術(shù)高質(zhì)量的光輝。 |
