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所有的DUV光刻机,用的光源都是193nm波长的ArF excimer laser,之前的一代DUV,用的光源是248nm波长的KrF excimer laser。另外,EUV光刻机的光源,是13.3nm的laser pulsed tin plasma。
DUV是deep ultra violet (深紫外光)的缩写,人的肉眼,可见光的波长大约是400-700nm,红光波长紫光波短,波长比红光波更长的是红外光(Infrared),波长比紫光更短的是紫外光 (ultra-vilolet),显然无论是248nm波长的KrF还是193nm的ArF,光波长度都低于紫光,都在紫外范畴,至于13.3nm的波长,那是紫外光波长范围继续细分,称之为极紫外光 ,英文extreme ultra violet,这也是EUV的由来。
为什么能用波长193nm的ArF光源,光刻出远小于波长本身的物理尺寸,比方40nm,28nm.....甚至14nm,7nm...这个就说来话长了。大阪大学的 @雨落做了一个很好的科普,是关于光的衍射。另外,光波长和能光刻出的最小尺寸的关系,我这里还有个公式:
如果不在光学器件上做文章,193nm的ArF DUV,最小能达到的关键尺寸,其实是60+nm。那么怎么在不换光源的前提下,能把关键尺寸做的更小?
第一个革新,就是immersion,也就是浸润式光刻:纯水的折射率有1.5,在projection system的最后一个镜头和硅晶圆(wafer)之间的空间,通过独特的设计,每次曝光的时候,充纯水进去,能利用水的折射,稳定的聚光,从而把能达到的关键尺寸,缩减到40+nm,具体是40nm,还是43或者45nm,看各个不同的公司自己的工艺水准。
第二个革新,就是double/triple patterning:原本一次曝光的图形,想要做的更小,分多次曝光完成。具体一点,就是多设计几层光刻板(reticle),把关键尺寸,用光刻板不同层之间的差异来实现。这样做的麻烦之处,就在于增加光刻工艺的复杂程度,拉高了单元芯片的制造成本,以及在技术上,不同光刻层之间,对板的误差要求,会随着技术节点(technology node)的推进,而越来越高。
台积电,三星,Intel,就是用这样的办法,DUV+immersion+double/triple patterning,做到了10nm甚至7nm的关键尺寸。我们国家的中芯国际,做到了14nm。用的是同样的光刻机。
7nm往下,还要继续推进到5nm,3nm,甚至2nm,ArF 193nm的光源,真的是无能为力了。所以,需要EUV,用更短的波长去完成更小关键尺寸的光刻工艺。
中芯国际现在才做到14nm。即便给中芯国际三五十台EUV光刻机,也是没办法迅速弯道超车到5nm(3nm)。半导体技术的研发,不是仅仅依赖于那个先进的设备,同样重要的还有光刻工艺。而每一代光刻工艺(例如 14nm),是要迭代应用到下一代产品 (例如 10nm)。技术实力强的公司,或许能跳过一代技术节点做研发(但是难度非常大),可是没可能跳过两代技术节点。
所以中芯国际只买了一台EUV。价格贵(大概1.08亿美元)不是只买一台的唯一原因,而是买多了,现在真用不上。就这一台,还是着眼于两三代技术节点之后的产品研发(14nm ->10nm -> 7nm -> 5nm)。必须要用EUV的,是5nm以及以下,直到7nm,DUV都够用。台积电已经给出很好的示范了。不要提到这种问题就爱国,就沸腾,就美国掐脖子,就荷兰是帮凶....多了解一些技术背景。三星,英特尔和台积电疯抢EUV,是因为他们目前就要用。三星和台积电都已经开始攻坚3nm了。而中芯国际,在logic device领域,确实还是第二梯队的,下一代和下下代研发,都不是非EUV不可,DUV完全够用。需要多沉下心来多琢磨光刻工艺。
可喜的是,经过多年内耗,中芯国际已经走在一条正确的道路上了。
一个海沙帮的小卒,拿把屠龙刀,也无法称霸武林的。还是要有内功心法,有实战招式。
来源:知乎