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国产EUV,光刻厂的方案可行么?
  • 2023/12/14 9:28:26
  • 类型:原创
  • 来源:电脑报
  • 报纸编辑:吴新
  • 作者:
【电脑报在线】作为芯片制造最关键的设备之一,最先进的极紫外线EUV光刻机长期被欧美垄断,而我国消耗了全球60%的芯片产能,如被卡脖子,后果不堪设想,那么怎样才能打破这一困局呢?之前炒得轰轰烈烈的光刻厂是个好方案么?

01、

“光刻厂”只是开路先锋

从原理上来看,产生极紫外光有3种方式,分别是同步辐射、电子放电产生等离子体、激光驱动产生等离子体,根据这三种原理,目前EUV光源有四种可能的实现模式——激光等离子体、同步辐射、超导加速-高功率自由电子激光器以及稳态微聚束,最近被大家所热议的正是最后一个:由清华大学工程物理系提出的稳态微聚束,也就是SSMB     

和ASML EUV光刻机有什么不同呢?ASML的方案叫“锡滴轰击法”,过程简单来说就是:先熔化纯锡,然后将它们用特制的喷嘴喷出,形成每个锡滴直径严格控制为27微米的锡雾,接着用二氧化碳激光照射锡雾,像打靶一样把每一个锡滴都压成饼状,此时立马用另一束激光照射这个锡饼,锡饼就会开始发出波长10~100nm的光,接着用反射镜将锡饼发射的光反射出去,使用光学手段筛选出其中13.5nm的极紫外光,并投射到晶圆上,开始光刻。          

光刻厂的理论前景比较广阔

而SSMB光源就粗暴多了,它需要一个直线加速器,让电子束在其中以近光速的方式飞行,然后为它施加一个电磁场使其转向减速,此时电子束会损失一定的能量,并且这个能量会以电磁波的方式传出去,而我们知道光也是电磁波,所以想要得到怎样波长的光,就只需要控制电子束的能量就行。

所以光刻厂的方案最诱人的地方就在于它能获得高功率、高重频、窄带宽的相干辐射,别说波长13.5nm的极紫外线了,5nm波长的软X射线不在话下,而且功率最大可达4000W。

作为对比,ASML公司EUV光刻机所采用的锡滴轰击法功率也不过数百瓦。而且这个SSMB-EUV可以做成一个大环,上面有很多EUV光源束线,同时让好几个光刻机开工,在整个光刻厂的一切设备都围绕这个光源来设计。     

02、

技术还待验证,需要多路线演进

然而,原理上说SSMB是最具有潜力的方案,但目前仍有许多技术上的难点尚未攻克,比如环形光刻厂的电子束是反复绕圈跑,而目前SSMB装置还是直线加速,电子束是单次通过,这对稳定性又提出了极高的要求,而且目前的实验验证仅仅论证到了跑一圈能稳住,更多圈数更长时间都还没有论证,要知道光刻所需的光源稳定性都是以年为单位的。所以,在解决这个问题之前,说弯道超车还是为时尚早。   

其实在其他几种极紫外光技术路线上,我们也在不断努力演进,考虑到目前已研制出国产DUV,再加上我国在激光领域实力雄厚,造出EUV也只是时间问题。

目前最接近实用的就是和ASML相同的激光等离子体方案,在2017年完成原理验证,并在今年4月获得了《2023年度吉林省科学技术奖提名项目》多项大奖,按照学术界的惯例,能获奖就代表已经研制成功了,目前应该处于量产前的调试阶。    

提高激光光源强度是提高EUV光源功率的关键   

同时,根据公开资料显示,如果要用于3nm制程工艺,EUV光源功率要达到500W级别,1nm制程对EUV光源功率要达到1000W级别,所以我国科研人员采用了多束高功率光纤激光器进行替代,通过多光束同时打靶的方式,理论上可以获得1000W的EUV光源功率,这项研究也是广东省基础与应用基础研究基金的重大项目之一。       

综合来说,虽然目前在EUV领域我国输在起跑线上,但目前凭借多路并进的饱和式研发,初代EUV已经取得重大进展,也就在这两年应该就能看到商用落地,而其他技术路线,比如光刻厂,我国也已经取得重大进展或者已经开始建造,未来值得期待。   

编辑|张毅
审核|吴新
本文出自2023-12-11出版的《电脑报》2023年第48期 A.新闻周刊
(网站编辑:ChengJY)