我国造出新型光刻机,可实现22nm工艺制程,已投入使用
芯片制造的路径较为单一,基本上都离不开光刻机设备。制造商采用ASML的光刻机实现各类芯片的生产制造,但条条道路通罗马,我国造出"新型光刻机",可以实现22nm工艺制程。这是怎样的光刻机设备呢?芯片制造还有哪些技术路径?
国产"新型光刻机"
光刻机在芯片制造过程中扮演重要的角色,正常的芯片制造流程都是先获得IC芯片设计图案,然后用光刻机把芯片图案曝光在晶圆表面。看起来很简单的过程,但人类花费了半个世纪,才成功发展到7nm,5nm的高端制造水准。
一台顶级的EUV光刻机需要光源系统、物镜系统、双工件台、控制系统四大件的支持。除此之外,EUV光刻机整合了10万个大大小小的零部件,是人类目前能造出最先进的光刻机设备。
EUV光刻机的原理并不复杂,通过大功率激光轰击靶材料,形成的激光束经过发射,在投影掩膜版发挥效益,然后投射到光刻模板,对双工件台上的晶圆进行芯片图案的曝光。
EUV光刻机制造难度大,全球只有ASML能生产。但ASML受制于规则,无法将EUV光刻机自由出货。所以关键时刻还得靠自己,加强对自主技术的研发开拓。
而很多人不知道的是,我国研制出一种"新型光刻机",可以实现22nm工艺制程,这是怎样的光刻机设备呢?
这种光刻机叫做超分辨率光刻机,是中国科学院光电技术研究所在2019年实现突破的设备。
超分辨率光刻机采用表面等离子超衍射光刻,产生波长较短的等离子体,在涂抹光刻胶的晶圆表面实现光刻。
和EUV光刻机广泛应用于芯片制造业不同,超分辨率光刻机自研制成功以来,主要提供纳米功能器件的生产,造出了超表面成像器件,大口径薄膜镜等器件。
因此超分辨率光刻机已经投入了使用,待实现更大的技术层面突破后,相信可用在更多的行业领域。
当然,超分辨率光刻机还有许多需要完善的地方,比如在产能方面,因为是直写式,所以无法实现大规模批量制造。相比于ASML的光刻机仍有待提高产能。
总之这是一条任重而道远的路,国外尚且用了几十年才达到如今的成就,想要在短时间内追平,除了付出加倍的努力,就是厚积薄发了。 芯片制造还有哪些技术路径?
ASML的光刻机在全球芯片制造市场热销,台积电,三星等巨头都需要找ASML抢购。虽然国内也有相关的光刻机产业链,还造出过超分辨率光刻机,但面向未来依然需要继续前行。从半导体设备的角度来看,芯片制造还有哪些技术路径呢?
或许美国Zyvex公司的电子束光刻机也是一个方向。ASML的EUV光刻机可以实现5nm芯片制造,而美国Zyvex公司采用电子束光刻机实现0.7nm芯片的制造突破,被用于量子计算机领域。
这家美企使用的是EBL电子束光刻技术,因为精度比EUV光刻机更高,所以能够实现更精密的制造效果。
ASML说过,下一代的NA EUV光刻机可能是最后一代制程。如果ASML的光刻机走到尽头,未来一定会出现其它的设备用于替代。按照电子束光刻机的精度表现来看,或许能成为一个技术路径。
当然,美国电子束光刻机目前还存在产能低,应用范围有限的缺点。如果能改善这些问题,说不定全球半导体行业会是另一番格局。
除了这些,日本铠侠,佳能的纳米压印技术也有望成为传统光刻机的替代品。所谓的纳米压印其实就是一种"盖章"的技术,把芯片线图刻在设备模板上,然后压印在晶圆表面。
整个过程中不需要投影掩膜,对光源波长也没有要求。功耗低的同时成本也低,如果能大规模应用,或许纳米压印技术设备会成为传统光刻机的另一个替代选项。
铠侠,佳能这些日企正在推进高端纳米压印技术,试图与EUV光刻机形成对标。成功与否尚且不知,至少有了思路以后,就有探索的方向了。
站在人类芯片发展的角度,不管是哪个国家进行怎样的芯片制造技术探索,对人类的科技文明而言都是有利的。但同时我们也该清楚,科技并非无国界,要想使用先进的技术,不受外界的干扰,终归还是需要靠自己。
写在最后
我国造出"新型光刻机",这是一种超分辨率光刻机技术,虽然主要用于成熟工艺,但有了第一步就会有第二步。人类探索芯片的脚步从未停止,摩尔定律之后也许还有新的故事,期待国产半导体能砥砺前行,取得更大的进步。
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