美国打出王炸,不用EUV光刻机,造出0。7nm芯片?
台积电,三星等芯片制造商极力抢购EUV光刻机,为了拿到更多的产能,三星高层两次赶赴ASML荷兰总部。只因为EUV光刻机是制造7nm,5nm等高端芯片的必要设备。
然而美国打出"王炸",使用另一种电子束光刻机造出了0.7nm芯片。这是如何实现的呢?电子束光刻机会取代EUV光刻机吗?
美国造出0.7nm芯片
用光刻机造芯片是行业的共识,通过光刻机进行曝光,把设计好的芯片线路图复刻在晶圆表面,然后再运用刻蚀机把这些线路雕刻出来。光刻机制程越先进,曝光的分辨率,精度就越高。
以EUV光刻机为例,采用13.5nm波长,运用极紫外光源可以实现极高的曝光效率,大约每小时可以曝光160片晶圆。
而这些晶圆将被用于制造7nm,5nm等高端制程芯片。一颗指甲盖大小的芯片,可以集成上百亿根晶体管。若使用DUV光刻机,193nm的波长无法实现百亿根级别的曝光精度,所以只能制造14nm,28nm等成熟制程芯片。
为了追求更高的曝光精度,ASML打算推出新一代的NA EUV光刻机,将实现2nm及以下的芯片制造。
不过新一代的EUV光刻机需要2024年才能交付,且一台设备的售价高达26亿元。价格昂贵不说,功耗,占地面积也非常大。
不过美国摆脱了对EUV光刻机的依赖,另辟蹊径用电子束光刻机造出了0.7nm芯片,这是如何实现的呢?
成功造出0.7nm芯片的是一家名为Zyvex的美国公司,Zyvex推出了ZyvexLitho1光刻系统。该光刻系统采用EBL电子束光刻技术,实现比EUV光刻机更高的精度和分辨率。
造出的芯片只有0.7nm的线宽,宽度只有2个硅原子的大小。因此Zyvex完成了人类历史上造出0.7nm芯片的一大壮举。
电子束光刻机会取代EUV光刻机吗?
EUV光刻机是目前制造高端芯片的必要设备,台积电,三星都通过EUV光刻机造出了5nm,4nm芯片产品。按照正常的思维逻辑,要想造出比这更先进的芯片,似乎也只有采用新一代的EUV光刻机了。
但美国公司打造的电子束光刻机打破了这一规则,而且造出的0.7nm芯片即便是EUV光刻机也未必能做得到。如此先进的电子束光刻机,会取代EUV光刻机吗?
答案是不可能。尽管电子束光刻机的分辨率和精度比EUV光刻机高,但是在产业链方面,不具备产能优势。
EUV光刻机作为一种商品,需要按照制造商的要求生产出大量芯片。按照一台EUV光刻机每小时160片曝光的数量来计算,一个月的产能大概是11万片左右。若晶圆为12英寸,大约能切割500块芯片,11万片晶圆也就是5500万颗芯片产能。
当然,实际生产过程中也许会有差异,但EUV光刻机的确能给制造商带来巨大的产能支持。更何况台积电手中持有80台EUV光刻机,产能优势十分巨大。
可如果使用电子束光刻机,就未必有这样的产能优势了。
一方面电子束光刻机出货量有限,Zyvex公司承接订单半年内才能出货,一年也交付不了几台设备,不可能撑起庞大的芯片制造业产值,所以在芯片产能这一块,电子束光刻机没有取代EUV光刻机的条件。
另一方面电子束光刻机不适用于常规的芯片制造,只能给量子计算机这类细分领域生产高精度芯片。而EUV光刻机不管是电脑CPU,GPU还是高端汽车芯片等等都能生产。
电子束光刻机的价值
所以综合来看,电子束光刻机不可能替代EUV光刻机,那是不是意味着电子束光刻机毫无价值吗?并不是。
因为电子束光刻机的出现给人类探索芯片制造提供了更多的可能性。人类生产的芯片能够突破到5nm,4nm甚至是3nm,就是因为在不断的探索中前行,尝试各种各样的方向,最终找到一条合适的路。
如今摩尔定律结束的话题被很多人讨论,认为EUV光刻机无法继续支持芯片制程持续突破。
不过电子束光刻机既然能造出0.7nm芯片,就说明具备突破摩尔定律极限的条件。哪怕不能将电子束光刻机大规模商用,可是在特定领域,也能发挥出巨大的价值。包括提升量子计算机的运算能力,在超高性能场景提供算力支持等等。
写在最后
美国打出"王炸",美企对电子束光刻机的探索说明半导体还有很多的未来。不用EUV光刻机也能造出0.7nm芯片,可见EUV光刻机并不是生产高端芯片的唯一设备。人类能在芯片制程上走多远,令人充满期待。
对电子束光刻机你有什么看法呢?欢迎在下方留言分享。
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