江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

极紫外光刻|挑战EUV光刻：NIL靠谱吗？一文秒懂

芯片制造离不开光刻机 ， 且制程越先进 ， 其重要性越凸出 ， 占芯片制造总成本比例也越高 ， 总体来看 ， 光刻机的成本占总设备成本的30% 。
当制程发展到7nm后 ， 必须要用到EUV(极紫外线)光刻机 ， 这种光刻机只有ASML能够生产 ， 且产能有限 ， 厂商们要买到 ， 并不容易 ， 且ASML要优先供应台积电、三星、英特尔这三家股东 。
难以逾越的EUV
EUV是一种曝光设备 ， 它可以根据发出的光的种类减少工序数量并节省时间和金钱 。
现有的半导体材料氟化氩具有193nm的光波长 。波长越短 ， 可以雕刻出更精细的电路 。使用氟化氩 ， 以某种方式可以实现7nm的制程工艺 。但在这之下就很难了 。由于台积电、三星等主要代工企业已达到5nm及以下的工艺 ， 氟化氩曝光设备面临限制 。
EUV设备克服了这一限制 。EUV的波长为13.5nm ， 可以实现5nm以下的工艺 。
因此 ， 全球生产先进制程（10nm以下）的芯片代工企业都在努力引进 EUV 设备 ， 这使得EUV供给非常紧张 。如果有需求 ， 可以通过增加供应来平衡 。
然而 ， EUV设备开发难度很大 ， 一年只能生产十几台 ， ASML今年要生产的EUV设备数量约为40台 。这40台被台积电、三星电子和英特尔瓜分 。
2019年 ， EUV占ASML销售额的31% ， 但到2020年 ， 就占到了43% ， 成为最“赚钱”的产品线 。一台EUV设备的高度可以达到4到5米 ， 重量接近180吨 。这样的高科技设备 ， 其中的零部件数量也是巨大的 ， 大约有10万个 。
EUV设备曝光是在真空室中完成的 。还需要以0.005℃为单位精细控制温度的技术 。由于光学系统对污染物非常敏感 ， 因此还必须实时进行内部监控 。
由于这些特点 ， 生产EUV设备并不容易 。EUV 设备的性能取决于镜头和反射镜的分辨率 。分辨率通常与镜头像差 (NA) 成正比 。出于这个原因 ， 努力增加 NA 是绝对必要的 。当NA值高时 ， 分辨率提高 ， 光线变得更清晰 ， 可以实现更精细的半导体电路 。
正是出于这个原因 ， ASML 收购了全球光学公司蔡司的股份 。目前 ， EUV设备NA值为0.33 。ASML 计划通过研发将下一代 EUV 设备的 NA 提高到 0.55 。这称为高NA 。
高 NA 可最大限度地减少光失真并允许更精细的电路实现 。ASML 计划在 2023 年推出基于高数值孔径的 EUV 设备原型 。下一代EUV设备的开发有望进一步巩固其在微纳制程半导体曝光设备市场的垄断地位 。
随着半导体制造商将基础设施转向EUV设备 ， 需求猛增 ， 但供应却跟不上 。即使有生产目标 ， 不能按时交货也是很常见的 。即便是现在 ， 如果要采购ASML EUV设备 ， 也要等上一年多 。
通常 ， 一台EUV 设备的价格在1亿至2亿美元之间 。虽然非常贵 ， 但半导体厂商即使付出更多 ， 也想尽快拿到EUV设备 。
NIL比拼EUV
由于EUV设备太过昂贵 ， 且生产难度很高 ， 近些年 ， 业界一直在寻找其它办法 ， 不用EUV光刻机 ， 能不能生产7nm及以下的芯片？
事实上 ， 也有厂商是这么想并打算这么干的 ， 因为通过DUV光刻机进行多重曝光 ， 理论上也能达到7nm 。但这种办法非常复杂 ， 对技术要求非常高 ， 同时良率低 ， 晶圆的损耗比较大 ， 所以如果能够买到EUV光刻机 ， 就不可能用这种办法 ， 这种办法生产出来的芯片 ， 完全没有市场竞争力 。
纳米压印光刻 (NIL)、定向自组装 (DSA) 和等离子激光等技术被认为是EUV的替代品 。
NIL 是一种将纳米图案印章转移到晶圆上的方法 ， 就像它被涂漆一样 。它被提出作为一种绘制 32nm 以下电路的方法 。它比 EUV 更经济 ， 因为它不使用镜头 。
佳能等厂商在 EUV 研发如火如荼的时候就开始开发 NIL 。DSA是一种通过将具有不同特性的聚合物合成为单个分子 ， 将其涂覆在晶圆上并加热来获得精细图案的技术 。由于不使用掩模 ， 可以减少工艺数量 ， 从而可以降低成本 。
然而 ， 就所使用的技术而言 ， 它不如 NIL 。此外 ， 无掩模等离子激光纳米技术被认为是一种替代方案 ， 因为它具有自由改变电路图案的能力 。然而 ， 它仍达不到 EUV的效果 。


推荐阅读


上一篇：字节跳动|李子柒被坑 大厂急了！字节跳动火速对杭州微念启动撤资

下一篇：台积电|台积电总裁魏哲家转赠妻子100万股：市值约合1.3亿元