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理论上,浸润式光刻机,制造2nm芯片都没问题,只是成本太高
2023-12-11 来源:科技专家
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关键词:光刻机芯片

众所周知,目前的芯片工艺均是光刻工艺,即通过光学--化学反应原理,用光线将电路图传递到涂了光刻胶硅晶圆上,形成有效的电路图形。


而芯片非常小,电路图很复杂,一颗芯片甚至几十层电路路,而用晶体管密度来看,现在的3nm工艺下,每一平方毫米,更是达到了近2亿个晶体管,所以光刻工艺非常复杂和精细。



所以光刻机的分辨率,一定程度上就决定了芯片的工艺,所以针对光刻机的分辨率,也就有了i线、G线、KrF、ArF、ArFi、EUV这么几种光刻机。


其中ArFi光刻机也称作浸润式光刻机,是当前使用最广的光刻机,因为它只是ArF光刻机的改进,光源一样,均是采用193nm,只是在晶圆前加了一层水为介质,光线通过水之后,经过折射后等效为134nm,波长短了,分辨率就高了。


所以ArF理论上可以支持到65nm工艺,而ArFi在大家的心目中,理论上可以支持到7nm。



但事实上,大家并不清楚的是,对于浸润式光刻机而言,7nm远不是终点,如果不计成本的话,浸润式光刻机,达到3nm、2nm也没问题的。


这里就牵涉到一个多重曝光、对准的问题。


比如一颗芯片,原本的电路图是10层,我们可以拆分成30层,或40层或更多,这样通过多次光刻工艺,最终就能够实现更高的分辨率。但每一次光刻,中间不能有误差,这就是对准的问题。



就像你要在一张比较小的纸上拓印一个“王”字,直接一次性拓印上去肯定不行,因为纸太小了,那么你就分成N次来拓印,第一次只拓一横“一”,再慢慢挪动纸,再拓一横“一”,再拓一竖“|”,然后就变成了“干”,最后再拓一横,变成“王”。


这中间每拓一笔,就要慢慢挪动纸,但每次的误差都要可控,这就是难点。


芯片的多重曝光其实是一样的道理,只要每次的误差足够小,事实上可以将一颗工艺很小的芯片,分N次光刻到硅晶圆上的。



但是这种办法之下,成本非常高,毕竟以前一次光刻就行了,现在一次光刻变成10次,甚至20次了,花费的时间就多了20倍了,相当于成本就高了20倍。


再考虑到每多曝光一次,良率就降低了,所以实际上成本比20倍更高,芯片是商业化、要市场化的,成本过高,就没法用,所以一般浸润式光刻机,最多制造7nm芯片后,就不再向前推进了,因为推进后成本高到没法商用。


但并不代表,它的极限就是7nm,实际上,从理论上来讲,并没有所谓的极限,只要不惜成本,是可以一直折腾下去的……



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