EUV技术6纳米！紫光展锐发布全新品牌5G芯片

2021-05-12 17:52
中华网科技

展瑞唐古拉品牌的两个5G芯片T770和T760均采用6纳米EUV工艺。为什么强调EUV？

“只有EUV技术的6纳米才是真正的6纳米”，这项技术将随着未来可能的5纳米、4纳米、3纳米、2纳米和1纳米一起前进。

自英特尔创始人之一戈登摩尔于1965年提出摩尔定律以来，半导体领域一直遵循“在价格不变的情况下，集成电路中可容纳的元件数量每18 ~24个月翻一番，性能也翻一番”的规律。技术人员一直在研究和开发新的集成电路制造技术，以减少线宽和增加芯片容量。

EUV光刻机的出现是一个重大突破。实现了高速、低功耗、高集成度的芯片生产工艺，满足5G对高性能、超带宽、低延迟、海量连接的要求。

图片来源：TSMC陈平在紫光展锐2020春季在线发布会上的演讲

如此强大的EUV的原则是什么？

光刻基本上是一种投影系统，它投射光线，穿透印制有电路的掩膜，利用光学原理，将图案印制在涂有感光剂的硅片上进行曝光。当未曝光的部分被蚀刻和去除时，图案将被曝光。

在光刻中，提高分辨率的方法主要有三种：一种是增加光学系统的数值孔径；二是降低曝光光源的波长；三是优化制度。与DUV相比，EUV已经用波长为13.5纳米的“极紫外线”代替了波长为193纳米的短波紫外线，这在光刻精确图形、减少工艺步骤和提高产量方面自然更有优势。

EUV科技的难点是什么？

光源生成困难：

紫外线在193nm处的光子能量为6.4eV(电子伏特，能量单位)，EUV的光子能量高达91~93eV！这种能量的光子是普通方法发射不出来的，激光和灯泡都做不到。它的生成方法只是听起来很不正常，需要把锡熔化成液态，然后一滴一滴的掉下去。在滴下的过程中，用激光轰击锡珠，使其变成等离子状态，从而释放出“极紫外光”。这样的光源用久了会在里面溅出很多锡粒，一定要定期清洗。

图片来源：cymer :极紫外(euv)摄影光源

照明过程很困难：

EUV不仅能量很高，而且对物质也有很大的影响。它们几乎可以被任何原子吸收，所以传播路径一定是完全真空。为了将EUV聚焦到合适的形状，只能使用EUV/X光聚焦系统(——极紫外/X光聚焦系统)。

有效功率转化率低：

然而，即使是一面镜子，每面镜子也会吸收30%的EUV。在整个系统中，照明系统有4面镜子，聚焦系统有6面镜子。EUV面具本身也是一面额外的镜子，形成11个倒影。在这个过程中，只有大约2%的EUV来到了晶圆厂。由于效率低，所需功率也大大增加。ArF光源的平均功率是45W，而EUV的平均功率是500w！

成本太高：

EUV光刻机的价格高达1亿欧元，是DUV光刻机价格的两倍多。购买后需要747架以上的飞机运输整个系统。

此外，EUV光刻机只能在超净环境下运行，少量灰尘落在掩模上会带来严重的成品率问题，对材料工艺、过程控制、缺陷检测等环节提出了更高的要求。最重要的是，EUV光刻机功耗极高，需要消耗电能对整个环境进行抽真空(避免灰尘)，通过更高的功率弥补其能量转换效率低的缺点。设备运行后，每小时至少需要消耗150度的电量。

此外，各种问题，如二次电子曝光光刻胶、光化学反应释放气体、EUV腐蚀掩模等，必须逐一解决。这导致EUV输出长期非常低。根据以前公布的数据，EUV每天的产量只有1500件。