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深度 | 半导体巨头押注的 EUV 光刻,真能拯救摩尔定律吗?(下)

编者按:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。戈登·摩尔所提出的摩尔定律,一直环绕着伟大而悲惨的光环:它似乎总在触碰半导体工艺的极限,却又在即将衰亡时因黑科技的拯救而重获新生。

如果光刻技术要数现代集成电路上的第二大难题,那么绝对没有别的因素敢称第一。目前,193nm 液浸式光刻系统是最为成熟的技术,它在精确度及成本上达到了一个近乎完美的平衡,短时间内很难被取代。不过,一种名为极紫外光刻(EUV 光刻)的技术半路杀出,成为近年来英特尔、台积电等芯片公司追捧的新宠。有人认为 EUV 光刻能够拯救摩尔定律,但事实是否真的如此?本文分上下两篇,首发于 IEEE,作者 Rachel Courtland,雷锋网捣泥、何忞及奕欣编译,未经许可不得转载。

在上篇,雷锋网 (公众号:雷锋网) 主要介绍了光刻制造技术的发展历程,在接下来的文章里,雷锋网将为大家继续介绍 EUV 技术拯救摩尔定律的探索。

EUV 的商业化之路

如今,ASML 的 EUV 机器里的镜面由 40 对交叠的硅片和其上覆盖的钼层组成,每一层只有几纳米厚。 Zeiss 公司是这些镜面的制造商,他们将这些非球面表面加工地非常精确。但是 van Dijsseldonk 说:“如果一切都做的非常完美,那么可以得到一个反射率 70% 的镜面。这个反射率代表着,光源通过该系统中的每一对镜面时都会减半。光刻机在把 EUV 光线从光源照射到掩模板上的时候,很容易就会用到好几个镜面;而掩模板本身也是一个镜面,经过它光线才会照到晶圆上。所以,一个 EUV 光束在经过长途跋涉后,只有不到 2% 的光线能保留下来。

到达晶圆的光线越少,晶圆在光刻机中停留曝光的时间就要越长。然而在工厂里,时间就是金钱。 为了使 EUV 能实现商业化投产,这个技术需要与已有的光刻技术比拼成本高低。所以,为了弥补镜面反射过程中的损耗,射线光源必须非常强。这一点在实践中也被证明,对于工程师来说是一个极大的挑战。

在研究早期,EUV 研究者们使用了他们能想到的所有东西来生成 X 射线,包括激光器和粒子加速器。但是其中最有效且经济的得到足够亮度的方法,需要用到等离子体。使用正确的材料和足够强的激光器或电流,就可以将电子从其附着的原子中分离出来。由此产生的等离子体在从超热滴状态冷却到之前的稳定状态过程中,就会产生 EUV 辐射。

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