近日,，ASML方面?zhèn)鞒鱿ⅲ乱淮鷺O紫外光刻機(jī)（EUV）已研發(fā)完成，現(xiàn)階段正在進(jìn)行最后一部分的安裝工作。據(jù)知情人士透露，這款新型EUV設(shè)備的造價(jià)將高達(dá)1．5億美元（約合人民幣9．7億元）,。

巴士大小，造價(jià)昂貴,，配置逆天

這臺(tái)最新的光刻機(jī)正位于美國康涅狄格州郊區(qū)的一間大型潔凈室里,，工程師們正進(jìn)行著最后的工作，將一塊巨大鋁材雕刻成框架,，最終讓光罩以納米級(jí)的精度在其間移動(dòng),，反射極紫外光束。這些光束利用幾面鏡子來回反射,，以驚人精度反復(fù)修飾打磨,，在硅片上蝕刻出只有幾十個(gè)原子大小的特征圖案。

這樣一臺(tái)極紫外光刻機(jī),，有望讓芯片制造行業(yè)沿著摩爾定律至少再走上10年時(shí)間,。

值得注意的是，這臺(tái)新一代極紫外光刻機(jī)大約有一輛公共巴士那么大,，造價(jià)高達(dá)1．5億美元,。整個(gè)機(jī)器中包含10萬個(gè)部件和2公里長的電纜。更夸張的是,，這樣一臺(tái)極紫外光刻機(jī)想要發(fā)貨,，至少需要40個(gè)集裝箱、3架貨機(jī)或者20輛卡車,。

麻省理工學(xué)院研究新型晶體管架構(gòu)的教授Jesús del Alamo認(rèn)為,，這是一臺(tái)不可思議的機(jī)器：“這絕對(duì)是一款革命性的產(chǎn)品，是一項(xiàng)突破,，將給芯片行業(yè)帶來新的生命,。”

據(jù)悉,，造好的組件將于2021年底運(yùn)往荷蘭,，然后在2022年初安裝到新一代極紫外光刻機(jī)的第一臺(tái)原型機(jī)中,。新一代極紫外光刻機(jī)采用更大的數(shù)值孔徑來進(jìn)一步縮小芯片上的元件尺寸。這種方式允許光線以不同角度穿過光罩,，從而增加圖案成像的分辨率,。這就需要更大的鏡子和新的軟硬件來精確控制組件蝕刻。

ASML當(dāng)前一代極紫外光刻機(jī)可以制造出分辨率為13nm的芯片,。而新一代極紫外光刻機(jī)將使用更高數(shù)值孔徑來制作8nm大小的特征圖案,。不出意外的話，新一代極紫外光刻機(jī)將比以往任何機(jī)器所蝕刻的圖案尺寸更小,，讓每個(gè)芯片都有數(shù)百億個(gè)元件，這臺(tái)機(jī)器在未來幾年所生產(chǎn)的芯片應(yīng)該是史上處理速度最快,、效率最高的,。總之,，阿斯麥新一代極紫外光刻機(jī)有望延續(xù)芯片制造以及整個(gè)科技行業(yè)不斷進(jìn)步的理念,，繼續(xù)讓摩爾定律保持活力。

值得注意的是,，ASML早在2017年就推出世界上第一臺(tái)可量產(chǎn)的極紫外光刻機(jī),，在芯片制造領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，已經(jīng)被用于制造iPhone手機(jī)芯片以及人工智能處理器等最先進(jìn)的芯片,。到最新一代極紫外光刻機(jī)設(shè)備已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)代更替,，并且全世界只有諸如臺(tái)積電、三星和英特爾等少數(shù)公司能買得起這樣的設(shè)備,。

光刻機(jī)在芯片制作中的重要性

別看芯片小小的體積,，內(nèi)部其實(shí)蘊(yùn)含了無窮的“能量”。芯片的制造過程極其復(fù)雜,，需要在晶圓片上不斷累加圖案,，這些圖案縱向連接，可達(dá)100多層,。

芯片的制造包含數(shù)百個(gè)步驟,，從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)可能需要四個(gè)月的時(shí)間。在晶圓廠的無塵室里,，珍貴的晶圓片通過機(jī)械設(shè)備不斷傳送,，整個(gè)過程中，空氣質(zhì)量和溫度都受到嚴(yán)格控制,。從芯片制造的關(guān)鍵工藝上來看,，分為以下10大步驟。

1）沉積：造芯片的第一步,，通常是將材料薄膜沉積到晶圓上,。材料可以是導(dǎo)體、絕緣體或半導(dǎo)體；

2）光刻膠涂覆：進(jìn)行光刻前,，首先要在晶圓上涂覆光敏材料“光刻膠”或“光阻”,，然后將晶圓放入光刻機(jī)；

3）曝光：在掩模版上制作需要印刷的圖案藍(lán)圖,。晶圓放入光刻機(jī)后,，光束會(huì)通過掩模版投射到晶圓上。光刻機(jī)內(nèi)的光學(xué)元件將圖案縮小并聚焦到光刻膠涂層上,。在光束的照射下,，光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，光罩上的圖案由此印刻到光刻膠涂層,；

4）計(jì)算光刻：光刻期間產(chǎn)生的物理,、化學(xué)效應(yīng)可能造成圖案形變，因此需要事先對(duì)掩模版上的圖案進(jìn)行調(diào)整,，確保最終光刻圖案的準(zhǔn)確,。ASML將現(xiàn)有光刻數(shù)據(jù)及圓晶測(cè)試數(shù)據(jù)整合，制作算法模型,，精確調(diào)整圖案,；

5）烘烤與顯影：晶圓離開光刻機(jī)后，要進(jìn)行烘烤及顯影,，使光刻的圖案永久固定,。洗去多余光刻膠，部分涂層留出空白部分,；

6）刻蝕：顯影完成后,，使用氣體等材料去除多余的空白部分，形成3D電路圖案,；

7）計(jì)量和檢驗(yàn)：芯片生產(chǎn)過程中,，始終對(duì)晶圓進(jìn)行計(jì)量和檢驗(yàn)，確保沒有誤差,。檢測(cè)結(jié)果反饋至光刻系統(tǒng),，進(jìn)一步優(yōu)化、調(diào)整設(shè)備,；

8）離子注入：在去除剩余的光刻膠之前,，可以用正離子或負(fù)離子轟擊晶圓，對(duì)部分圖案的半導(dǎo)體特性進(jìn)行調(diào)整,；

9）需要重復(fù)制程步驟：從薄膜沉積到去除光刻膠,，整個(gè)流程為晶圓片覆蓋上一層圖案。而要在晶圓片上形成集成電路,，完成芯片制作,，這一流程需要不斷重復(fù),，可多達(dá)100次；

10）封裝芯片：最后一步,，切割晶圓,，獲得單個(gè)芯片，封裝在保護(hù)殼中,。這樣,，成品芯片就可以用來生產(chǎn)電視、平板電腦或者其他數(shù)字設(shè)備了,。

正如上文提到的“視需要重復(fù)制程步驟”,，現(xiàn)代芯片的結(jié)構(gòu)可多達(dá)100層，需要以納米級(jí)的精度相互疊加,，這精度又稱為“套刻精度”,。芯片上光刻的各層圖案大小不一，這意味著,，光刻各層圖案需要用到不同設(shè)備。ASML的DUV深紫外線光刻機(jī)有數(shù)種不同的機(jī)種,，適合最小圖案的關(guān)鍵性光刻需求以及普通圖案的正常光刻,。

如今，芯片的結(jié)構(gòu)可多達(dá)100層,，需要以納米級(jí)的精度相互疊加,，這精度又稱為“套刻精度”。芯片上光刻的各層圖案大小不一,，這意味著,，光刻各層圖案需要用到不同設(shè)備。ASML的光刻機(jī)有數(shù)種不同的機(jī)種,，適合各種各樣圖案的關(guān)鍵性光刻需求以及普通圖案的正常光刻,。

Intel嘗鮮？2023年下線首批芯片

眾所周知,，光刻機(jī)設(shè)備極為復(fù)雜,，全球只有ASML能生產(chǎn)高端光刻機(jī)，而且產(chǎn)能還極其有限,。在新一代極紫外光刻機(jī)設(shè)備出現(xiàn)之前,，臺(tái)積電幾乎包攬了ASML 70％的產(chǎn)能，哪怕是三星也沒有足夠的設(shè)備擴(kuò)大5nm高精尖芯片的產(chǎn)能,，這是臺(tái)積電能一直領(lǐng)銜三星的主要原因,。

而新一代極紫外光刻機(jī)設(shè)備據(jù)悉會(huì)讓Intel率先采用。Intel表示,，預(yù)計(jì)將在2023年下線第一批芯片,。憑借比以往任何機(jī)器所蝕刻的圖案尺寸更小,，讓每個(gè)芯片都有數(shù)百億個(gè)元件，這臺(tái)機(jī)器在未來幾年所生產(chǎn)的芯片應(yīng)該是史上處理速度最快,、效率最高的,。

總而言之，從整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展角度來看,，新一代極紫外光刻機(jī)設(shè)備的出現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義,，但對(duì)于仍處在爬坡階段的國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)來說，由于高端先進(jìn)技術(shù)受到限制等原因,，在尖端技術(shù)方面與頭部企業(yè)的差距或?qū)⑦M(jìn)一步被拉大,。