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近年來，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，至尊超氧化物( extreme ultra-violet，以下簡稱euv光刻)成為許多公司關(guān)注的光刻技術(shù)之一。

日前，臺灣積體電路制造株式會社宣布使用了7納米的euv技術(shù)。 今年，三星企業(yè)正式發(fā)布了7納米的euv芯片exynos 9825。 該公司稱，該芯片將晶體管的性能提高了20%至30%，功耗減少了30%至50%。

備受矚目的原因之一是傳言說euv光刻會成為摩爾定律的拯救。

半個多世紀來，半導(dǎo)體領(lǐng)域按照摩爾定律迅速發(fā)展，從而推動了一系列科技創(chuàng)新。 隨著芯片尺寸接近物理極限，摩爾定律是否對未來也有效已成為當今所有領(lǐng)域關(guān)注的問題。

那么，這項技術(shù)能為了摩爾定律而延續(xù)生命嗎？ 是否又成為了良好的APP節(jié)點？ 與這些問題相比，科技日報記者采訪了業(yè)內(nèi)專家。

將電路圖和電子零件刻在底片上

在認知euv光刻之前，試著認知光刻技術(shù)吧。

其實，和照相技術(shù)一樣，照片把鏡頭里的畫印在底片上，照片技術(shù)把電路圖和電子零件印在底片上。 北京理工大學材料學院副研究員常帥在接受科技日報記者采訪時介紹說，在光刻技術(shù)中，一般以涂有感光性膠的硅片為負片，電路圖案經(jīng)過光刻機，投影到縮微膠片上。 為了制作芯片，重復(fù)這個過程幾十次。

光刻技術(shù)的首要作用是制作芯片上的布線和色帶。 在半導(dǎo)體領(lǐng)域工作多年的北京理工大學材料學院博士生孟令海告訴科技日報記者，利用光刻機發(fā)出的光，隔著帶圖案的光掩模曝光涂有抗蝕劑的薄片，抗蝕劑一看到光就發(fā)生化學反應(yīng)，光掩模的圖案被印刷在薄片上，電路和

常帥表示，光刻是芯片加工過程中的重要步驟之一，被認為是集成電路制造中的重要步驟，決定著制造工藝的先進程度。

根據(jù)摩爾定律，芯片能容納的部件數(shù)量每18個月增加一倍，芯片性能每18個月增加一倍，價格減半。

光刻技術(shù)的雕刻精細度直接決定了元件、電路等在芯片中所占的體積。 因此，光刻是決定芯片是否按照摩爾定律持續(xù)快速發(fā)展的重要技術(shù)，如果沒有光刻技術(shù)的進步，芯片制造工藝就無法從微米進入深亞微米乃至納米時代。 常帥說。

孟令海告訴記者，隨著芯片制造工藝從微米級迅速發(fā)展到納米級，光刻機所用光波的波長也從近紫外( nuv )區(qū)間的436納米、365納米到深紫外( duv )區(qū)間的248納米

euv光源的波長是主流光源的1/14

用于euv光刻的光波是波長為13.5納米的極紫外光。 與目前主流光刻機使用的193納米光源相比，euv光源的波長約為前者的1/14，可以在硅片上留下細微的痕跡。

業(yè)界表現(xiàn)出了euv光刻的精細度，但常用的是，例如像地球射出的手電筒的光一樣，能夠準確地照射月球的硬幣。 孟令海說。

為了滿足摩爾定律的要求，技術(shù)人員不斷研究和開發(fā)新的芯片制造技術(shù)，縮小線寬，增大芯片容量。 線寬是指芯片上小導(dǎo)線的寬度，是衡量芯片制作技術(shù)先進性的重要指標之一。 常帥說。

現(xiàn)在，芯片制造商大多采用波長193nm的光刻技術(shù)，并使用其在底片上繪制了細致的圖案。 但實際上，193納米光刻目前已經(jīng)達到技術(shù)極限，只能支持80納米的線寬工藝，無法在芯片上實現(xiàn)更小的線寬。 常帥說，由于光源更細，euv光刻技術(shù)可以滿足22納米以下線寬的集成電路的生產(chǎn)要求。

可以說，euv是目前與實際生產(chǎn)相近的深亞微米光刻技術(shù)。 如果使用這種光刻技術(shù)，可以在芯片上實現(xiàn)10納米以內(nèi)的線寬。 孟令海說。

摩爾定律除了性能外，另一個要求是價格的下降。 所以，救星還必須承擔省錢的責任。 euv光刻技術(shù)正好能滿足這個要求。

常帥介紹說，光刻機在工作中頻繁曝光。 總之，通過向硅晶片照射光，使未被掩模遮擋的部分的抗蝕劑發(fā)生化學反應(yīng)，可以將石英掩模上的電路圖顯影到硅晶片上，然后進行蝕刻、脫膠等一系列的工序。

現(xiàn)在主要制造商生產(chǎn)一枚芯片，可能需要進行四次，甚至越來越多的曝光。 使用euv光刻技術(shù)，一次曝光就足夠了，可以大幅降低生產(chǎn)制造價格。 孟令海表示，換言之，euv光刻技術(shù)不僅可以提高寫入精細度，還可以使芯片價格更便宜，滿足摩爾定律對價格的要求。

不僅如此，euv光刻技術(shù)之所以受到各集成電路制造商的關(guān)注，是因為這種光刻技術(shù)是以前流傳下來的光刻技術(shù)的擴大，能夠延續(xù)現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)。

使摩爾定律至少延續(xù)十年

既然euv光刻技術(shù)的利益很多，那么為了摩爾定律而維系生命的重任就可以放心地被托付。

但是，事實并非如此。

據(jù)常帥和孟令海介紹，目前euv光刻技術(shù)進展相對緩慢。 另外，極紫外光刻光學系統(tǒng)的設(shè)計和制造也極其復(fù)雜，留下了很多未處理的技術(shù)課題。

孟令海的解體表明，euv光刻技術(shù)目前首要面臨三大挑戰(zhàn)。

首先是光源效率，即每小時能刻多少張。 雖然按照批量生產(chǎn)工序的要求，光刻效率必須達到每小時250張，但目前euv光刻效率很難達到這一點。 這需要進一步提高，因為實現(xiàn)起來相當困難。 其次是光致抗蝕劑。 euv光刻機的技術(shù)原理與通常的光刻機不同，通常的光刻機使用投影進行光刻，但由于euv光刻機利用反射光，因此需要利用反射鏡，光子和光刻膠的化學反應(yīng)會失去控制，有時會發(fā)生錯誤。 后面是光刻機保護層的透光性材料，為了提高光刻機的寫入精度，需要在其上追加保護層，但現(xiàn)有的保護層材料質(zhì)量差，透光性差。 孟令海說。

另外，常帥分解表明，euv光刻工藝的良品率也是阻礙euv光刻快速發(fā)展的障礙。 目前，使用普通光刻機制造的芯片良品率約為95%，但euv光刻機良品率為70%至80%。

要應(yīng)對這些問題，增加市場訂單數(shù)量很重要，訂單多了，廠家多了，才能有越來越多的光源、材料等上下游公司共同參與研發(fā)，完成euv光刻產(chǎn)業(yè)鏈。 常帥說。

即使在技術(shù)上滿足要求，收益沒有足夠的吸引力，也不容易賦予制造公司應(yīng)用新技術(shù)的動力。 現(xiàn)在，使用euv光刻技術(shù)的生產(chǎn)價格被認為非常高。

資料顯示，新型euv光刻機的價格在1億歐元以上，是普通193納米光刻機的價格的兩倍以上。 另外，由于電力非常高，euv光刻裝置在生產(chǎn)時消耗的電量也遠遠超過現(xiàn)有的同類設(shè)備。

那么，目前來看，euv光刻技術(shù)在摩爾定律的延續(xù)中，能起到那些作用嗎？

孟令海表示，在光刻線寬5納米以下的制造工藝中，euv光刻技術(shù)不可替代，在未來很長一段時間內(nèi)，euv光刻技術(shù)有可能成為摩爾定律持續(xù)快速發(fā)展的重要力量。 因此，如果應(yīng)對工藝技術(shù)和制造價格等課題，euv光刻裝置最適合7納米以下的工藝，可以使摩爾定律持續(xù)至少10年。 孟令海說。