冰刻技術在理論和技術上,能不能實現現在的EUV光刻機的精度?

2020-12-05 小聰聰說

冰刻技術完全可以實現與EUV光刻機相當的精度。只不過要實現這個精度,必須讓電子束直寫光刻機的的解析度達到納米級別才行。

其實「冰膠+電子束」的效率是遠遠比不上「光刻膠+光刻機」的。因為要讓水蒸氣凝結在晶片上,還必須在零下140℃進行,此外使用的還是電子束刻機,要一點一點的進行雕刻那速度比較慢。從製造效率上來看,這種冰刻技術是不如光刻機的。而冰刻的解析度主要取決於電子束刻機,雖說電子束直寫光刻機的精度已經達到了10納米左右甚至以下的精度,但是國內電子束直寫光刻機的精度在1微米,還沒有達到納米級別。事實上,冰刻技術只是將化學的光刻膠換成了水蒸氣而已。

早在2018年,就發布了冰刻系統,這次的冰刻則是其升級版,主要就是將原料生產為成品。由於傳統的光刻膠屬於化學試劑,在光刻完成後還要進行清洗,清洗不乾淨的話就會導致良品率下降。而使用水蒸氣凝固代替傳統的光刻膠之後,就不存在清洗不乾淨這類問題了。

在電子束的作用下,凝固的水蒸氣可以直接液化消失而不會殘留在晶片上,這樣一來就不會導致晶片被汙染了,這是冰膠相對於傳統光刻膠的優勢所在。但是使用冰膠前,要將晶片放在零下140℃的真空環境中,給其降溫,再通入水蒸氣。相對於傳統的光刻膠來說,就多了這樣一個步驟。估計當水蒸氣凝固在晶片上之後,從拿出來,到光刻完成之前都要在0℃以下的環境中進行操作,畢竟溫度超過0℃,凝固的水蒸氣就有可能液化成水,這也是相對於傳統光刻膠的一個缺點。

由於冰刻系統的解析度與電子束直寫光刻機的解析度有關,只要電子束直寫光刻機的解析度可以達到EUV光刻機的解析度,那麼使用冰刻系統生產的晶片的製程工藝就可以達到EUV光刻機的生產晶片的製程工藝。

只不過,現在世界上解析度最高的電子束直寫光刻機掌握在日本的JEOL和Elionix這兩家公司手中。其中JEOL公司製造的的JBX-9500S電子束直寫光刻機的套刻精度為11納米,最小解析度在0.1納米左右。而Elionix公司製造ELF10000電子束直寫光刻機的解析度為100納米。而國產BGJ-4電子束直寫光刻機的解析度為1微米,由此可見,即便使用了冰膠,在立足於國內電子束直寫光刻機的前提下,是達不到國產SSA600/20的解析度,更別說趕上EUV光刻機了。

我國碳基晶片的發展還是很快的,基本上與美國的技術不相上下。目前的碳基晶片已經突破到了3納米,而我國正在向0.5納米進發。碳基晶片的性能要比傳統的矽基晶片強不少,基本上90納米的碳基晶片性能相當於28納米的矽基晶片,45納米的碳基晶片相當於7納米的矽基晶片。只不過,碳基晶片依然要用到光刻機,現階段國內製程工藝最小的光刻機也停留在90納米,而使用冰膠的電子束直寫光刻機還在微米層。所以說,這次冰刻技術對國內碳基晶片的幫助不是很大。

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