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EUV光刻机里的低调王者

为缺芯、台积电和地缘政治等多种因素的影响,大家对半导体产业的关注度火速提升。这也让ASML这些原本在背后默默支持半导体产业发展的企业被“赶”到了台前。作为全球领先的半导体设备供应商,这家来自荷兰的企业提供了全球芯片生产都绕不开的关键设备——光刻机。尤其是在EUV光刻机方面,市场的关注度更是空前。

这一方面是因为这个设备是芯片制造工艺走向7nm芯片制造工艺以下的关键;另一方面,这个设备的售价高达上亿美金,且只有ASML一家能做。因此其吸引了全球那么多的目光也情有可原。

正如很多分析人士所说,EUV光刻机真可以称得上是芯片制造的“皇冠”。

以EUV光刻机为例,ASML技术开发副总裁Tony Yen在今年三月接受媒体采访的时候曾经表示,EUV光刻机由超过10万个精密零部件组成;相关报道也指出,EUV光刻机重量达180吨,体积十分庞大,需要0.125万千瓦的电力,来维持250瓦的功率;纽约时报在之前一篇介绍ASML的文章中更是强调,EUV光刻机的运送需要使用40个集装箱、20辆卡车和三架波音747飞机。

 

这样一个庞然大物,不但需要在晶圆上做一些精度极高的工作,而且还需要保持更高的产能,从其部件构成上看,正如其名字“光刻机”所定义的一样,“光”就成为了EUV光刻机中的重要一环。要明白这一切,就首先得从光刻机的工作原理谈起。

从一条公式谈起

 

正如ASML所说,光刻的本质其实是一个投影系统。光线被投射通过掩模版,成像在晶圆上,最终在晶圆上一层一层建立起复杂的晶体管。在光刻技术不断朝着“更小”迈进的征程上。在光刻领域,有一个公式和“摩尔定律”一样引导着行业的发展。而与摩尔定律不同的是,这一物理公式所揭示出的光学原理似乎更加难以逾越。那就是几乎悬挂在ASML每个办公室的瑞利判据(Rayleigh criterion)公式。

EUV光刻机里的低调王者

瑞利判据公式(source:ASML)

如上图所示,在瑞利公式中,K1是一个常数,取决于与芯片制造工艺有关的许多因素。按照ASML的说法,其物理极限值是 0.25。λ则代表光刻机使用光源的波长;NA则是光学器件的数值孔径,描述了它们能够收集光的角度范围;CD 代表线宽,即可实现的最小特征尺寸,大家所谈的几纳米芯片,就是为了把这个CD值做得更小。

 

从公式可以看到,为了让CD变得更小,除了将K1和λ变小以外,把NA变大也是降低CD的一个选择。据笔者了解,目前K1的值已经接近极限。为此行业把降低λ和提高NA作为继续延续摩尔定律的重要发力方向。

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Posted in 晶圆制造

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