國(guó)產(chǎn)全固態(tài)DUV光源技術(shù)誕生,高端芯片能造了?
國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)技術(shù)+1。
據(jù)《Advanced Photonics Nexus》報(bào)道,中國(guó)科學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一套突破性的緊湊型全固態(tài)激光系統(tǒng),可發(fā)射193nm的相干光,該波長(zhǎng)與目前主流的DUV曝光波長(zhǎng)一致,通過(guò)該工藝就可以在硅晶圓上蝕刻復(fù)雜電路圖案。
熟悉半導(dǎo)體行業(yè)的讀者應(yīng)該明白光刻機(jī)的原理,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是利用光刻機(jī)發(fā)出的光源,通過(guò)設(shè)定好圖形的光罩,對(duì)涂有光刻機(jī)的硅板進(jìn)行曝光,從而“刻”出電子線路圖,再進(jìn)行一些后期加工,最終形成芯片的雛形。
而光刻機(jī)的難點(diǎn)就是光源的波長(zhǎng),波長(zhǎng)越短、功率越大,這樣的“光刀”就更加鋒利,“雕刻”出來(lái)的電子線路圖也就更加精密。
之所以ASML做出業(yè)內(nèi)最頂尖的光刻機(jī),其實(shí)就是掌握了商用EUV光源,而國(guó)內(nèi)此前暫時(shí)無(wú)法解決光源這一環(huán)節(jié)。
不僅是ASML,佳能、尼康的DUV光刻機(jī)都采用了氟化氙(ArF)準(zhǔn)分子激光技術(shù),通過(guò)氬、氟氣體混合物在高壓電場(chǎng)下生成不穩(wěn)定分子,釋放出193nm波長(zhǎng)的光子,繼而可以進(jìn)行光刻操作。
回到這次中科院推出的新技術(shù)上面,最大的特點(diǎn)是“固態(tài)設(shè)計(jì)”,不需要?dú)怏w混合物就能生成193nm波長(zhǎng)的激光光束。
這里整理一下工作原理:
該新型激光系統(tǒng)工作重復(fù)頻率為6千赫茲,采用自主研發(fā)的摻鐿釔鋁石榴石(Yb:YAG)晶體放大器,產(chǎn)生1030nm激光,通過(guò)兩條不同的光學(xué)路徑進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。
一路采用四次諧波轉(zhuǎn)換,將1030nm激光轉(zhuǎn)換為258nm,輸出功率1.2W。
另路徑采用光學(xué)參數(shù)放大(OPA),將1030nm激光轉(zhuǎn)換為1553nm,輸出功率700mW。
之后,轉(zhuǎn)換后的兩路激光通過(guò)串級(jí)硼酸鋰(LBO)晶體混合,生成193nm波長(zhǎng)的激光光束。最終,獲得的激光平均功率為70mW,頻率為6kHz,線寬低于880MHz,半峰全寬(FWHM)小于0.11pm(皮米,千分之一納米),光譜純度與現(xiàn)有商用準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)相當(dāng)。(這標(biāo)志著國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)固態(tài)激光器直接輸出193納米渦旋光束。)
雖然和DUV光刻機(jī)一樣都是193nm波長(zhǎng),但該技術(shù)可以大幅降低光刻系統(tǒng)的復(fù)雜度、體積,減少對(duì)于稀有氣體的依賴,并大大降低能耗,因此理論上可以超過(guò)7nm的極限。
但有報(bào)道說(shuō)該技術(shù)可以生產(chǎn)3nm芯片,那顯然是一種夸張的說(shuō)法。
從參數(shù)可以看出來(lái),該技術(shù)得到的的激光平均功率為僅70mW,而市面上的DUV光刻機(jī)輸出功率通常在100 - 120W,ASML EUV光刻機(jī)的光源功率更是達(dá)到了500W,這中間相差的量級(jí)還是太大。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),技術(shù)有了,但距離商用還有很長(zhǎng)一段路要走。
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