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理論上,浸潤式光刻機,制造2nm芯片都沒問題,只是成本太高

2023-12-11 來源:科技專家
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關鍵詞: 光刻機 芯片

眾所周知,目前的芯片工藝均是光刻工藝,即通過光學--化學反應原理,用光線將電路圖傳遞到涂了光刻膠硅晶圓上,形成有效的電路圖形。


而芯片非常小,電路圖很復雜,一顆芯片甚至幾十層電路路,而用晶體管密度來看,現在的3nm工藝下,每一平方毫米,更是達到了近2億個晶體管,所以光刻工藝非常復雜和精細。



所以光刻機的分辨率,一定程度上就決定了芯片的工藝,所以針對光刻機的分辨率,也就有了i線、G線、KrF、ArF、ArFi、EUV這么幾種光刻機。


其中ArFi光刻機也稱作浸潤式光刻機,是當前使用最廣的光刻機,因為它只是ArF光刻機的改進,光源一樣,均是采用193nm,只是在晶圓前加了一層水為介質,光線通過水之后,經過折射后等效為134nm,波長短了,分辨率就高了。


所以ArF理論上可以支持到65nm工藝,而ArFi在大家的心目中,理論上可以支持到7nm。



但事實上,大家并不清楚的是,對于浸潤式光刻機而言,7nm遠不是終點,如果不計成本的話,浸潤式光刻機,達到3nm、2nm也沒問題的。


這里就牽涉到一個多重曝光、對準的問題。


比如一顆芯片,原本的電路圖是10層,我們可以拆分成30層,或40層或更多,這樣通過多次光刻工藝,最終就能夠實現更高的分辨率。但每一次光刻,中間不能有誤差,這就是對準的問題。



就像你要在一張比較小的紙上拓印一個“王”字,直接一次性拓印上去肯定不行,因為紙太小了,那么你就分成N次來拓印,第一次只拓一橫“一”,再慢慢挪動紙,再拓一橫“一”,再拓一豎“|”,然后就變成了“干”,最后再拓一橫,變成“王”。


這中間每拓一筆,就要慢慢挪動紙,但每次的誤差都要可控,這就是難點。


芯片的多重曝光其實是一樣的道理,只要每次的誤差足夠小,事實上可以將一顆工藝很小的芯片,分N次光刻到硅晶圓上的。



但是這種辦法之下,成本非常高,畢竟以前一次光刻就行了,現在一次光刻變成10次,甚至20次了,花費的時間就多了20倍了,相當于成本就高了20倍。


再考慮到每多曝光一次,良率就降低了,所以實際上成本比20倍更高,芯片是商業化、要市場化的,成本過高,就沒法用,所以一般浸潤式光刻機,最多制造7nm芯片后,就不再向前推進了,因為推進后成本高到沒法商用。


但并不代表,它的極限就是7nm,實際上,從理論上來講,并沒有所謂的極限,只要不惜成本,是可以一直折騰下去的……



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