展銳唐古拉品牌下的兩款5G芯片T770和T760,,均采用6nm EUV工藝,,為什么要強調EUV,?
“只有引入EUV技術的6nm才是真正的6nm”,這項技術也將伴隨未來可能的5nm,、4nm,、3nm、2nm,、1nm一路前行,。
自1965年英特爾創(chuàng)始人之一的戈登·摩爾提出摩爾定律以來,半導體領域就一直在遵循著“當價格不變時,,集成電路上可容納的元器件的數目,,大約每隔18個~24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍”的規(guī)律前行,。技術人員一直在研究開發(fā)新的IC制造技術,以縮小線寬,、增大芯片的容量,。
EUV光刻機的出現(xiàn),就是一個重大突破,。它實現(xiàn)了高速,、低功耗和高集成的芯片生產工藝,滿足了5G高性能,、超帶寬,、低時延和海量連接的需求。
圖片來源:臺積電陳平在紫光展銳2020春季線上發(fā)布會演講
這么厲害的EUV,,原理是什么,?
光刻技術基本上是一個投影系統(tǒng),將光線投射并穿透印有電路的光罩,,利用光學原理將圖形打在已涂布感光劑的硅晶片上,,進行曝光,,當未曝光的部分被蝕刻移除后,圖樣就會顯露出來,。
在光刻技術中,,提升分辨率的途徑主要有三個:一是增加光學系統(tǒng)數值孔徑;二是減小曝光光源波長,;三是優(yōu)化系統(tǒng),。EUV相較于DUV,把193nm波長的短波紫外線替換成了13.5nm的“極紫外線”,,在光刻精密圖案方面自然更具優(yōu)勢,,能夠減少工藝步驟,提升良率,。
EUV技術的究竟難在哪兒,?
光源產生難:
193nm紫外線的光子能量為6.4eV(電子伏特,能量單位),,EUV的光子能量高達為91~93eV,!這種能量的光子用一般的方法是射不出來的,激光器或燈泡都不行,,它的生成方法光是聽起來就非常變態(tài),,這需要將錫熔化成液態(tài),然后一滴一滴地滴落,,在滴落過程中用激光轟擊錫珠,,讓其化為等離子態(tài),才能釋放“極紫外光”,。這樣的光源用久了就會在里面濺很多錫微粒,,必須要定時清潔才行。
圖片來源:Cymer: Extreme Ultraviolet(EUV) Lithography Light Sources
發(fā)光過程難:
EUV不僅能量高,,對物質的影響也極其強大,,它們可以被幾乎任何原子吸收,所以傳播路徑必須是完全的真空,。要想讓EUV聚焦到合適的形狀,,只能用這種用6面凹面鏡子組成的系統(tǒng)——EUV/X射線變焦系統(tǒng)(EUV /X-Ray focusing systems)。
有效功率轉化率低:
可是就算是鏡子,,每一面鏡子都會吸收30%的EUV,,整個系統(tǒng)里有4個鏡子用于發(fā)光系統(tǒng),6個鏡子用于聚焦系統(tǒng),。EUV光罩本身也是一個額外的鏡子,,形成了11次反射。這個過程中,,只有大約2%的EUV來到了晶圓上,。因為效率低,,所以需要的功率也大輻上漲。ArF光源平均的功率為45W,,而EUV的平均光源功率為500w,!
成本太高:
最先進的EUV光刻機售價高達1億歐元一臺,是DUV光刻機價格2倍多,,采購以后還需要多臺747飛機才能運輸整套系統(tǒng),。
此外,EUV光刻機必須在超潔凈環(huán)境中才能運行,,一小點灰塵落到光罩上就會帶來嚴重的良品率問題,,并對材料技術、流程控制,、缺陷檢驗等環(huán)節(jié)都提出了更高的要求,。最關鍵的是,EUV光刻機還極度耗電,,它需要消耗電力把整個環(huán)境都抽成真空(避免灰塵),,通過更高的功率也彌補自身能源轉換效率低下的問題,設備運行后每小時就需要耗費至少150度的電力,。
除此之外,,次級電子對光刻膠的曝光、光化學反應釋放氣體,、EUV對光罩的侵蝕等種種難題都要一一解決,。這就導致很長時間里EUV的產量極低,在之前公開的資料里,,EUV的產量只有日均1500片,。
UV工藝技術的展銳唐古拉T770和T760,真是閃耀著高技術,、高質量的光輝~