光刻機是我國芯片制造業(yè)一大痛點,目前,在EUV光刻機賽道中,僅有ASML一個玩家。
然而,受到《瓦爾森協(xié)定》的約束,ASML無法向中國大陸出售EUV光刻機??梢哉f,光刻機的短缺狠狠卡住了中國芯片的脖子。
為了實現(xiàn)國產(chǎn)芯片自主可控,不少研究機構(gòu)開始探索一種繞開光刻機的方法。西湖大學(xué)研發(fā)的冰式光刻機,便是其中之一。
冰刻機工作原理及過程
冰刻機的物理依據(jù)十分簡單:在零下將近140°的真空環(huán)境中,水可以直接凝結(jié)成冰。冰刻機便是依據(jù)水遇冷凝結(jié)的原理,來實現(xiàn)光刻機的功能。
據(jù)冰刻機研究人員介紹,在樣品放入真空設(shè)備后,首先要進(jìn)行降溫處理,之后便會注入水蒸氣,使得樣品上凝華出薄冰,形成一層“冰膠”。
這層“冰膠”,便代替了傳統(tǒng)芯片制造中光刻膠的作用。值得注意的是,冰刻膠并不是普通冰,而是兼具光刻膠與冰特性的新型化學(xué)合成冰。
被電子束打到的冰會瞬間氣化,從而直接雕刻出冰膜板。再經(jīng)過一系列加工步驟,由冰刻而成的芯片便成功亮相。
冰刻機優(yōu)勢
與光刻機相比,冰刻機的優(yōu)勢頗多。
一是,冰刻機解決了光刻膠的多項短板。
在傳統(tǒng)芯片制造過程中,第一步便是要將光刻膠均勻涂抹在樣品之上。這一過程一旦做不好,生產(chǎn)過程中就容易出問題。
而且,光刻膠對所涂抹樣品的材質(zhì)、面積都有要求,不能太小或太脆弱。
而冰刻膠則要“隨意”許多。水蒸氣可以包裹在任意形狀的表面,而且其十分輕盈,不會對加工材料造成影響。
另外,使用冰刻膠還能直接省去化學(xué)試劑清洗形成的模具的步驟,不會出現(xiàn)因光刻膠殘留,致使良品率低下的問題。
二是,冰刻技術(shù)更加清潔。
在傳統(tǒng)芯片生產(chǎn)過程中,需要多次用化學(xué)試劑對光刻膠進(jìn)行沖洗,而冰刻技術(shù)則不需要這一點。
因為,冰在融化或成為水蒸氣后,便會消失的無影無蹤。如此一來,便能夠大大降低洗膠造成的污染。
如今,西湖大學(xué)納米光學(xué)與儀器技術(shù)實驗室負(fù)責(zé)人仇旻及其團(tuán)隊,已經(jīng)在該領(lǐng)域攻克8年之久,諸多成績已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)。
在Nano Letter、Nanoscale等期刊上,團(tuán)隊發(fā)布了一系列研究成果。
如今,其已經(jīng)研發(fā)出我國首臺“冰刻”系統(tǒng)已經(jīng);目前,冰刻系統(tǒng)2.0也在全力研發(fā)之中。未來,在三位維納加工上,冰刻技術(shù)或有更廣泛的應(yīng)用。
仇旻及其團(tuán)隊用一次次實驗證明,冰刻技術(shù)并不是異想天開,而是切實可行。
冰刻技術(shù)能否繞開光刻機?
那么,冰刻技術(shù)有這么多優(yōu)勢,能否助力國產(chǎn)芯片繞開光刻機呢?
答案是還不能,目前冰刻機還處在實驗室階段,距離商用道路漫漫。而且,冰刻機還有兩大難題需要攻克。
第一,生產(chǎn)效率難提升。
冰刻機采用電子束加工,需要逐幀對晶圓表面進(jìn)行雕刻。與光刻機相比,在效率上有明顯的落后。
第二,確保雕刻精度難題。
冰刻機工作原理聽起來雖然簡單,但實際操作起來卻有許多棘手難題,忽略任何一個小細(xì)節(jié),都會對雕刻的精度產(chǎn)生影響。僅注入水蒸氣這一步,研究團(tuán)隊就進(jìn)行了無數(shù)次試驗。
因而,在冰刻機商業(yè)化這條道路上,還有些不少的阻礙需要解決。
寫在最后
如今,全球僅有兩家做冰刻的實驗室,其中一家便在西湖大學(xué)。沒有前人經(jīng)驗作為指導(dǎo),冰刻機的研發(fā)只能摸著石頭過河,十分艱難。
這注定是一條孤獨的道路,而且前路冰刻機前路究竟如何,還是一片未知。
即便如此,仇旻仍對冰刻技術(shù)抱有極大熱情,他表示這是項令人激動的新技術(shù)。他認(rèn)為,冰刻技術(shù)將解決光刻無法解決的難題,并開辟出全新的科學(xué)交叉和研究方向。
冰刻機的前路究竟如何,就讓我們拭目以待。
責(zé)任編輯:tzh
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