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製造晶片的極紫外光刻機為什麼這麼厲害?它是什麼原理

近半個世紀以來,矽一直是世界科技繁榮的核心,晶片製造商幾乎都在壓榨它的生命。傳統上用於製造晶片的技術在2005年左右達到了極限。那時,晶片製造商將不得不尋求其他技術,將更多的電晶體塞到矽上,從而製造出更強大的晶片。

製造晶片的極紫外光刻機為什麼這麼厲害?它是什麼原理

將電晶體封裝到晶片上的傳統工藝被稱為

“深紫外光刻”(DUV)

,這是一種類似攝影技術的技術,透過透鏡聚焦光線,在矽晶片上刻出電路圖案。由於受到物理定律的影響,這種技術可能很快就會出現問題。利用

極紫外線(EUV)

光在矽晶片上雕刻,將使晶片的速度比快100倍,並使儲存器晶片具有類似的儲存容量增長。

晶片製造

光刻與攝影相似,它利用光將影象轉移到基板上。就照相機而言,它的基板是膠捲,而矽是用於晶片製造的傳統基板。掩模就像電路圖案的模板,為了在晶片上建立積體電路設計,光被定向到一個掩模上。光線穿過掩模,然後透過一系列光學透鏡將影象縮小,這個小影象被投射到矽或半導體晶片上。

晶圓上覆蓋著一種叫做光刻膠的感光液體塑膠。掩模被放置在晶圓上,當光線穿過掩模照射到矽片上時,它會使沒有被掩模覆蓋的光刻膠變硬。不暴露在光下的光刻膠仍然有點粘糊糊,並且會被化學清洗掉,只剩下硬化的光刻膠和暴露在外的矽片。

製造晶片的極紫外光刻機為什麼這麼厲害?它是什麼原理

製造更強大的晶片的關鍵是光的波長大小。波長越短,可以蝕刻到矽片上的電晶體就越多。更多的電晶體等於一個更強大、更快的微處理器。在2001年,深紫外光刻使用的波長為240奈米。隨著晶片製造商將波長減少到100奈米,他們將需要一種新的晶片製造技術。使用深紫外光蝕刻技術的問題是,當光的波長變小時,光會被用於聚焦的玻璃透鏡吸收。結果是光線無法到達矽片上,因此晶圓上沒有產生電路圖案。這個時候,極紫外光刻技術就登場了。

極紫外光刻原理

從2001年起,用深紫外光刻技術製造的晶片使用的是248奈米的光,也有一些製造商使用193奈米光。有了極紫外光刻技術,晶片將用13奈米的光製造。基於波長越小成像效果越好的定律,13奈米光將提高投射到矽片上的圖案質量,從而提高晶片的速度。

但整個過程必須在真空中進行,因為這些光的波長很短,連空氣都會吸收它們。此外,EUVL使用了塗有多層鉬和矽的凹面和凸面鏡,這種塗層可以在13。4奈米的波長下反射近70%的EUV光。如果沒有塗層,光線在到達晶圓片之前就會被完全吸收。鏡子的表面必須近乎完美,即使是塗層上的微小缺陷也會破壞光學器件的形狀,扭曲印刷電路的圖形,從而導致晶片功能上的問題。

製造晶片的極紫外光刻機為什麼這麼厲害?它是什麼原理

目前,最先進的光刻機是極紫外光刻機,它已經制造了數十億顆7nm晶片了。甚至有晶片製造商聲稱,用極紫外光刻技術生產的5nm晶片的不良率比7nm晶片更低。