我國造出「新型光刻機」,可實現22nm工藝制程,已投入使用

過人君 2022/12/17 檢舉 我要評論

芯片制造的路徑較為單一,基本上都離不開光刻機設備。制造商采用ASML的光刻機實現各類芯片的生產制造,但條條道路通羅馬,我國造出「新型光刻機」,可以實現22nm工藝制程。這是怎樣的光刻機設備呢?芯片制造還有哪些技術路徑?

國產「新型光刻機」

光刻機在芯片制造過程中扮演重要的角色,正常的芯片制造流程都是先獲得IC芯片設計圖案,然后用光刻機把芯片圖案曝光在晶圓表面。看起來很簡單的過程,但人類花費了半個世紀,才成功發展到7nm,5nm的高端制造水準。

一台頂級的EUV光刻機需要光源系統、物鏡系統、雙工件台、控制系統四大件的支持。除此之外,EUV光刻機整合了10萬個大大小小的零部件,是人類目前能造出最先進的光刻機設備。

EUV光刻機的原理并不復雜,通過大功率激光轟擊靶材料,形成的激光束經過發射,在投影掩膜版發揮效益,然后投射到光刻模板,對雙工件台上的晶圓進行芯片圖案的曝光。

EUV光刻機制造難度大,全球只有ASML能生產。但ASML受制于規則,無法將EUV光刻機自由出貨。所以關鍵時刻還得靠自己,加強對自主技術的研發開拓。

而很多人不知道的是,我國研制出一種「新型光刻機」,可以實現22nm工藝制程,這是怎樣的光刻機設備呢?

這種光刻機叫做超分辨率光刻機,是中國科學院光電技術研究所在2019年實現突破的設備。

超分辨率光刻機采用表面等離子超衍射光刻,產生波長較短的等離子體,在涂抹光刻膠的晶圓表面實現光刻。

和EUV光刻機廣泛應用于芯片制造業不同,超分辨率光刻機自研制成功以來,主要提供納米功能器件的生產,造出了超表面成像器件,大口徑薄膜鏡等器件。

因此超分辨率光刻機已經投入了使用,待實現更大的技術層面突破后,相信可用在更多的行業領域。

當然,超分辨率光刻機還有許多需要完善的地方,比如在產能方面,因為是直寫式,所以無法實現大規模批量制造。相比于ASML的光刻機仍有待提高產能。

總之這是一條任重而道遠的路,國外尚且用了幾十年才達到如今的成就,想要在短時間內追平,除了付出加倍的努力,就是厚積薄發了。

芯片制造還有哪些技術路徑?

ASML的光刻機在全球芯片制造市場熱銷,台積電,三星等巨頭都需要找ASML搶購。雖然國內也有相關的光刻機產業鏈,還造出過超分辨率光刻機,但面向未來依然需要繼續前行。從半導體設備的角度來看,芯片制造還有哪些技術路徑呢?

或許美國Zyvex公司的電子束光刻機也是一個方向。ASML的EUV光刻機可以實現5nm芯片制造,而美國Zyvex公司采用電子束光刻機實現0.7nm芯片的制造突破,被用于量子計算機領域。

這家美企使用的是EBL電子束光刻技術,因為精度比EUV光刻機更高,所以能夠實現更精密的制造效果。

ASML說過,下一代的NA EUV光刻機可能是最后一代制程。如果ASML的光刻機走到盡頭,未來一定會出現其它的設備用于替代。按照電子束光刻機的精度表現來看,或許能成為一個技術路徑。

當然,美國電子束光刻機目前還存在產能低,應用范圍有限的缺點。如果能改善這些問題,說不定全球半導體行業會是另一番格局。

除了這些,日本鎧俠,佳能的納米壓印技術也有望成為傳統光刻機的替代品。所謂的納米壓印其實就是一種「蓋章」的技術,把芯片線圖刻在設備模板上,然后壓印在晶圓表面。

整個過程中不需要投影掩膜,對光源波長也沒有要求。功耗低的同時成本也低,如果能大規模應用,或許納米壓印技術設備會成為傳統光刻機的另一個替代選項。

鎧俠,佳能這些日企正在推進高端納米壓印技術,試圖與EUV光刻機形成對標。成功與否尚且不知,至少有了思路以后,就有探索的方向了。

站在人類芯片發展的角度,不管是哪個國家進行怎樣的芯片制造技術探索,對人類的科技文明而言都是有利的。但同時我們也該清楚,科技并非無國界,要想使用先進的技術,不受外界的干擾,終歸還是需要靠自己。

寫在最后

我國造出「新型光刻機」,這是一種超分辨率光刻機技術,雖然主要用于成熟工藝,但有了第一步就會有第二步。人類探索芯片的腳步從未停止,摩爾定律之后也許還有新的故事,期待國產半導體能砥礪前行,取得更大的進步。


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