展锐唐古拉品牌下的两款5G芯片T770和T760,均采用6 nm EUV工艺,为什么要强调EUV?

“只有引入EUV技术的6nm才是真正的6nm”,这项技术也将伴随未来可能的5nm、4nm、3nm、2nm、1nm一路前行。

自1965年英特尔创始人之一的戈登·摩尔提出摩尔定律以来,半导体领域就一直在遵循着“当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,大约每隔18个～24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍”的规律前行。技术人员一直在研究开发新的IC制造技术,以缩小线宽、增大芯片的容量。

EUV光刻机的出现,就是一个重大突破。它实现了高速、低功耗和高集成的芯片生产工艺,满足了5G高性能、超带宽、低时延和海量连接的需求。

图片来源:台积电陈平在紫光展锐2020春季线上发布会演讲

这么厉害的EUV,原理是什么?

光刻技术基本上是一个投影系统,将光线投射并穿透印有电路的光罩,利用光学原理将图形打在已涂布感光剂的硅晶片上,进行曝光,当未曝光的部分被蚀刻移除后,图样就会显露出来。

在光刻技术中,提升分辨率的途径主要有三个:一是增加光学系统数值孔径;二是减小曝光光源波长;三是优化系统。EUV相较于DUV,把193nm波长的短波紫外线替换成了13.5nm的“极紫外线”,在光刻精密图案方面自然更具优势,能够减少工艺步骤,提升良率。

EUV技术的究竟难在哪儿?

光源产生难:

193nm紫外线的光子能量为6.4eV(电子伏特,能量单位),EUV的光子能量高达为91～93eV!这种能量的光子用一般的方法是射不出来的,激光器或灯泡都不行,它的生成方法光是听起来就非常变态,这需要将锡熔化成液态,然后一滴一滴地滴落,在滴落过程中用激光轰击锡珠,让其化为等离子态,才能释放“极紫外光”。这样的光源用久了就会在里面溅很多锡微粒,必须要定时清洁才行。

图片来源:Cymer: Extreme Ultraviolet(EUV) Lithography Light Sources

发光过程难:

EUV不仅能量高,对物质的影响也极其强大,它们可以被几乎任何原子吸收,所以传播路径必须是完全的真空。要想让EUV聚焦到合适的形状,只能用这种用6面凹面镜子组成的系统——EUV/X射线变焦系统(EUV /X-Ray focusing systems)。

有效功率转化率低:

可是就算是镜子,每一面镜子都会吸收30%的EUV,整个系统里有4个镜子用于发光系统,6个镜子用于聚焦系统。EUV光罩本身也是一个额外的镜子,形成了11次反射。这个过程中,只有大约2%的EUV来到了晶圆上。因为效率低,所以需要的功率也大辐上涨。ArF光源平均的功率为45W,而EUV的平均光源功率为500w!

成本太高:

最先进的EUV光刻机售价高达1亿欧元一台,是DUV光刻机价格2倍多,采购以后还需要多台747飞机才能运输整套系统。

此外,EUV光刻机必须在超洁净环境中才能运行,一小点灰尘落到光罩上就会带来严重的良品率问题,并对材料技术、流程控制、缺陷检验等环节都提出了更高的要求。最关键的是,EUV光刻机还极度耗电,它需要消耗电力把整个环境都抽成真空(避免灰尘),通过更高的功率也弥补自身能源转换效率低下的问题,设备运行后每小时就需要耗费至少150度的电力。

除此之外,次级电子对光刻胶的曝光、光化学反应释放气体、EUV对光罩的侵蚀等种种难题都要一一解决。这就导致很长时间里EUV的产量极低,在之前公开的资料里,EUV的产量只有日均1500片。

展锐唐古拉T770和T760

结合以上的知识点,采用了6nm EUV工艺技术的展锐唐古拉T770和T760,真是闪耀着高技术、高质量的光辉～