“给摩尔定律续命 EUV光刻暂难当大任”

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近年来，在半导体领域，至尊超氧化物( extreme ultra-violet，以下简称euv光刻)成为许多公司关注的光刻技术之一。

日前，台湾积体电路制造株式会社宣布使用了7纳米的euv技术。 今年，三星企业正式发布了7纳米的euv芯片exynos 9825。 该公司称，该芯片将晶体管的性能提高了20%至30%，功耗减少了30%至50%。

备受瞩目的原因之一是传言说euv光刻会成为摩尔定律的拯救。

半个多世纪来，半导体领域按照摩尔定律迅速发展，从而推动了一系列科技创新。 随着芯片尺寸接近物理极限，摩尔定律是否对未来也有效已成为当今所有领域关注的问题。

那么，这项技术能为了摩尔定律而延续生命吗？ 是否又成为了良好的APP节点？ 与这些问题相比，科技日报记者采访了业内专家。

将电路图和电子零件刻在底片上

在认知euv光刻之前，试着认知光刻技术吧。

其实，和照相技术一样，照片把镜头里的画印在底片上，照片技术把电路图和电子零件印在底片上。 北京理工大学材料学院副研究员常帅在接受科技日报记者采访时介绍说，在光刻技术中，一般以涂有感光性胶的硅片为负片，电路图案经过光刻机，投影到缩微胶片上。 为了制作芯片，重复这个过程几十次。

光刻技术的首要作用是制作芯片上的布线和色带。 在半导体领域工作多年的北京理工大学材料学院博士生孟令海告诉科技日报记者，利用光刻机发出的光，隔着带图案的光掩模曝光涂有抗蚀剂的薄片，抗蚀剂一看到光就发生化学反应，光掩模的图案被印刷在薄片上，电路和

常帅表示，光刻是芯片加工过程中的重要步骤之一，被认为是集成电路制造中的重要步骤，决定着制造工艺的先进程度。

根据摩尔定律，芯片能容纳的部件数量每18个月增加一倍，芯片性能每18个月增加一倍，价格减半。

光刻技术的雕刻精细度直接决定了元件、电路等在芯片中所占的体积。 因此，光刻是决定芯片是否按照摩尔定律持续快速发展的重要技术，如果没有光刻技术的进步，芯片制造工艺就无法从微米进入深亚微米乃至纳米时代。 常帅说。

孟令海告诉记者，随着芯片制造工艺从微米级迅速发展到纳米级，光刻机所用光波的波长也从近紫外( nuv )区间的436纳米、365纳米到深紫外( duv )区间的248纳米

euv光源的波长是主流光源的1/14

用于euv光刻的光波是波长为13.5纳米的极紫外光。 与目前主流光刻机使用的193纳米光源相比，euv光源的波长约为前者的1/14，可以在硅片上留下细微的痕迹。

业界表现出了euv光刻的精细度，但常用的是，例如像地球射出的手电筒的光一样，能够准确地照射月球的硬币。 孟令海说。

为了满足摩尔定律的要求，技术人员不断研究和开发新的芯片制造技术，缩小线宽，增大芯片容量。 线宽是指芯片上小导线的宽度，是衡量芯片制作技术先进性的重要指标之一。 常帅说。

现在，芯片制造商大多采用波长193nm的光刻技术，并使用其在底片上绘制了细致的图案。 但实际上，193纳米光刻目前已经达到技术极限，只能支持80纳米的线宽工艺，无法在芯片上实现更小的线宽。 常帅说，由于光源更细，euv光刻技术可以满足22纳米以下线宽的集成电路的生产要求。

可以说，euv是目前与实际生产相近的深亚微米光刻技术。 如果使用这种光刻技术，可以在芯片上实现10纳米以内的线宽。 孟令海说。

摩尔定律除了性能外，另一个要求是价格的下降。 所以，救星还必须承担省钱的责任。 euv光刻技术正好能满足这个要求。

常帅介绍说，光刻机在工作中频繁曝光。 总之，通过向硅晶片照射光，使未被掩模遮挡的部分的抗蚀剂发生化学反应，可以将石英掩模上的电路图显影到硅晶片上，然后进行蚀刻、脱胶等一系列的工序。

现在主要制造商生产一枚芯片，可能需要进行四次，甚至越来越多的曝光。 使用euv光刻技术，一次曝光就足够了，可以大幅降低生产制造价格。 孟令海表示，换言之，euv光刻技术不仅可以提高写入精细度，还可以使芯片价格更便宜，满足摩尔定律对价格的要求。

不仅如此，euv光刻技术之所以受到各集成电路制造商的关注，是因为这种光刻技术是以前流传下来的光刻技术的扩大，能够延续现有的生产技术。

使摩尔定律至少延续十年

既然euv光刻技术的利益很多，那么为了摩尔定律而维系生命的重任就可以放心地被托付。

但是，事实并非如此。

据常帅和孟令海介绍，目前euv光刻技术进展相对缓慢。 另外，极紫外光刻光学系统的设计和制造也极其复杂，留下了很多未处理的技术课题。

孟令海的解体表明，euv光刻技术目前首要面临三大挑战。

首先是光源效率，即每小时能刻多少张。 虽然按照批量生产工序的要求，光刻效率必须达到每小时250张，但目前euv光刻效率很难达到这一点。 这需要进一步提高，因为实现起来相当困难。 其次是光致抗蚀剂。 euv光刻机的技术原理与通常的光刻机不同，通常的光刻机使用投影进行光刻，但由于euv光刻机利用反射光，因此需要利用反射镜，光子和光刻胶的化学反应会失去控制，有时会发生错误。 后面是光刻机保护层的透光性材料，为了提高光刻机的写入精度，需要在其上追加保护层，但现有的保护层材料质量差，透光性差。 孟令海说。

另外，常帅分解表明，euv光刻工艺的良品率也是阻碍euv光刻快速发展的障碍。 目前，使用普通光刻机制造的芯片良品率约为95%，但euv光刻机良品率为70%至80%。

要应对这些问题，增加市场订单数量很重要，订单多了，厂家多了，才能有越来越多的光源、材料等上下游公司共同参与研发，完成euv光刻产业链。 常帅说。

即使在技术上满足要求，收益没有足够的吸引力，也不容易赋予制造公司应用新技术的动力。 现在，使用euv光刻技术的生产价格被认为非常高。

资料显示，新型euv光刻机的价格在1亿欧元以上，是普通193纳米光刻机的价格的两倍以上。 另外，由于电力非常高，euv光刻装置在生产时消耗的电量也远远超过现有的同类设备。

那么，目前来看，euv光刻技术在摩尔定律的延续中，能起到那些作用吗？

孟令海表示，在光刻线宽5纳米以下的制造工艺中，euv光刻技术不可替代，在未来很长一段时间内，euv光刻技术有可能成为摩尔定律持续快速发展的重要力量。 因此，如果应对工艺技术和制造价格等课题，euv光刻装置最适合7纳米以下的工艺，可以使摩尔定律持续至少10年。 孟令海说。