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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，而這項技術(shù)也將伴隨未來(lái)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(lái)，半導體領(lǐng)域就一直在遵循著(zhù)“當價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數目,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”的規律前行。技術(shù)人員一直在研究開(kāi)發(fā)新的IC制造技術(shù)，以縮小線(xiàn)寬、增大芯片的容量。 EUV光刻機的出現，就是一個(gè)重大突破。它實(shí)現了高速，低功耗和高集成的芯片生產(chǎn)工藝，滿(mǎn)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，將光線(xiàn)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，當未曝光的部分被蝕刻移除后，圖樣就會(huì )顯露出來(lái)。 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)系統數值孔徑；二是減小曝光光源波長(cháng)；三是優(yōu)化系統。EUV相較于DUV，把193nm波長(cháng)的短波紫外線(xiàn)替換成了13.5nm的“極紫外線(xiàn)”，在光刻精密圖案方面自然更具優(yōu)勢，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(xiàn)的光子能量為6.4eV（電子伏特，能量單位），EUV的光子能量高達為91~93eV！這種能量的光子用一般的方法是射不出來(lái)的，激光器或燈泡都不行，它的生成方法光是聽(tīng)起來(lái)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(guò)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(guò)程難: EUV不僅能量高，對物質(zhì)的影響也極其強大，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——EUV/X射線(xiàn)變焦系統（EUV /X-Ray focusing systems）。 有效功率轉化率低: 可是就算是鏡子，每一面鏡子都會(huì )吸收30%的EUV，整個(gè)系統里有4個(gè)鏡子用于發(fā)光系統，6個(gè)鏡子用于聚焦系統。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(guò)程中，只有大約2％的EUV來(lái)到了晶圓上。因為效率低，所以需要的功率也大輻上漲。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光刻機售價(jià)高達1億歐元一臺，是DUV光刻機價(jià)格2倍多，采購以后還需要多臺747飛機才能運輸整套系統。 此外，EUV光刻機必須在超潔凈環(huán)境中才能運行，一小點(diǎn)灰塵落到光罩上就會(huì )帶來(lái)嚴重的良品率問(wèn)題，并對材料技術(shù)、流程控制、缺陷檢驗等環(huán)節都提出了更高的要求。最關(guān)鍵的是，EUV光刻機還極度耗電，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(guò)更高的功率也彌補自身能源轉換效率低下的問(wèn)題，設備運行后每小時(shí)就需要耗費至少150度的電力。 除此之外，次級電子對光刻膠的曝光、光化學(xué)反應釋放氣體、EUV對光罩的侵蝕等種種難題都要一一解決。這就導致很長(cháng)時(shí)間里EUV的產(chǎn)量極低，在之前公開(kāi)的資料里，EUV的產(chǎn)量只有日均1500片。 結合以上的知識點(diǎn)，采用了6nm EUV工藝技術(shù)的虎賁T7520，真是閃耀著(zhù)高技術(shù)高質(zhì)量的光輝。 |
