「浸潤式光刻之父」林本堅(jiān)：限制臺(tái)積電對(duì)中國晶圓代工廠有利

浸沒式光刻創(chuàng)新的臺(tái)積電前研發(fā)副總裁林本堅(jiān)告訴 digitimes，他已經(jīng)預(yù)見到 2022 年有晶圓代工廠可以利用 DUV 設(shè)備實(shí)現(xiàn) 7 納米，就像臺(tái)積電一樣。不過，他表示，用 DUV 設(shè)備制作 5 納米芯片至少需要四次構(gòu)圖，這一過程耗時(shí)且成本高，而且由于自對(duì)準(zhǔn)困難，影響良率和速度。

華為在其旗艦智能手機(jī)中采用的麒麟 9000s 的成就引起了全球關(guān)注，展示了中國對(duì)半導(dǎo)體自給自足的強(qiáng)烈雄心，并暗示未來有望向尖端技術(shù)邁進(jìn)。

林本堅(jiān)表示，28 納米平臺(tái)不涉及沉浸式 DUV 設(shè)備上的多重圖案化，使其成為最具成本效益的芯片制造工藝。然而，他表示，對(duì)于 28 納米及以下工藝，需要兩次、三次或多次圖案化，這使得它們既耗時(shí)又昂貴。例如，能夠以每小時(shí) 250 片晶圓速度進(jìn)行單次曝光的設(shè)備，可以以一半的速度進(jìn)行兩次曝光，等等。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是多次曝光中精確對(duì)準(zhǔn)的必要性，即將第二次和后續(xù)曝光與第一次曝光對(duì)準(zhǔn)，因?yàn)檩p微的未對(duì)準(zhǔn)可能會(huì)影響速度和產(chǎn)量。林本堅(jiān)表示，從理論上講，沉浸式 DUV 技術(shù)最多可以實(shí)現(xiàn)六重圖案，但這只是時(shí)間、成本以及人們?cè)敢饨邮艿牟粩嘣黾拥腻e(cuò)位風(fēng)險(xiǎn)的問題，并補(bǔ)充說，即使是 EUV 設(shè)備也有局限性。

在芯片禁令之前，美國并沒有限制臺(tái)積電為中國客戶代工。中國本土代工企業(yè)在每一代工藝上都難以與臺(tái)積電競(jìng)爭(zhēng)，因產(chǎn)量較低而不斷失敗，從而阻礙了它們的進(jìn)步。然而，芯片禁令之后，中國的代工廠可以替代臺(tái)積電為中國客戶生產(chǎn)芯片，并且隨著產(chǎn)量的擴(kuò)大，這些代工廠可以加快他們的學(xué)習(xí)曲線。

然而，考慮到潛在的過高成本，持續(xù)減小晶體管尺寸并不是最佳選擇。相反，人們顯著轉(zhuǎn)向投資替代方法，以提高計(jì)算速度、降低功耗和最小化尺寸，而不是僅僅關(guān)注不斷的小型化。先進(jìn)封裝就是其中一種方法，在這種公開競(jìng)爭(zhēng)中，重點(diǎn)在于成為第一個(gè)創(chuàng)新和獲得專利的人。

林本堅(jiān)說，半導(dǎo)體設(shè)備不僅涉及光刻，還涉及許多工序。對(duì)于任何一個(gè)國家來說，擁有所有必要的能力都是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。美國在半導(dǎo)體設(shè)備和 IC 設(shè)計(jì)方面處于全球領(lǐng)先地位，應(yīng)該利用這一優(yōu)勢(shì)來保持領(lǐng)先地位，而不是支持可能缺乏比較優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)。

NIL 和 EUV 的光刻競(jìng)賽

在半導(dǎo)體制造中，光刻是關(guān)鍵工藝。它涉及將電路圖案轉(zhuǎn)移到硅晶圓上，這是創(chuàng)建集成電路 (IC) 的基礎(chǔ)步驟。目前處于該行業(yè)前沿的兩種最先進(jìn)的光刻技術(shù)是極紫外（EUV）和納米壓印光刻（NIL）。

納米壓印光刻（NIL）和極紫外光刻（EUV）是半導(dǎo)體制造中使用的兩種技術(shù)，每種技術(shù)都有優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn)。下面進(jìn)行對(duì)比分析。

極紫外光刻 (EUV)

技術(shù)概述：EUV 光刻采用高度復(fù)雜的工藝，使用極紫外光（波長約為 13.5 nm）在硅晶圓上蝕刻出精美的圖案。這項(xiàng)技術(shù)是對(duì)使用深紫外光的傳統(tǒng)光刻技術(shù)的一次飛躍。

優(yōu)點(diǎn)：EUV 的主要優(yōu)點(diǎn)是其無與倫比的分辨率，可以生產(chǎn)更小、更復(fù)雜的 IC。隨著行業(yè)向更小的節(jié)點(diǎn)尺寸（尤其是 5 納米及以下）發(fā)展，這一點(diǎn)至關(guān)重要。EUV 可實(shí)現(xiàn)更高的電路密度，有助于提高芯片的性能和能效。

挑戰(zhàn)和限制：向 EUV 的過渡面臨著重大的技術(shù)和財(cái)務(wù)困難。EUV 機(jī)器（例如 ASML 生產(chǎn)的機(jī)器）的開發(fā)成本極高且復(fù)雜。此外，EUV 需要高度純化的材料和受控環(huán)境，以盡量減少空氣或污染物對(duì)光子的吸收。該技術(shù)還面臨吞吐量限制，因?yàn)?EUV 工藝通常比深紫外工藝慢。

納米壓印光刻（NIL）

技術(shù)概述：NIL 是光刻的一種形式，它使用模具或印模將圖案物理壓印到基材上。這種方法類似于傳統(tǒng)的印刷技術(shù)，但是是納米級(jí)的。

優(yōu)點(diǎn)：與 EUV 相比，NIL 的主要優(yōu)點(diǎn)在于其簡(jiǎn)單性和成本效益。它無需復(fù)雜的光源或光學(xué)器件即可實(shí)現(xiàn)高分辨率圖案。NIL 對(duì)于需要大面積圖案化的應(yīng)用尤其有前景，例如先進(jìn)的傳感器和顯示技術(shù)。

挑戰(zhàn)和限制：NIL 的主要挑戰(zhàn)是大面積的缺陷率和均勻性。壓印工藝的物理性質(zhì)使其容易受到顆粒污染或模具缺陷造成的缺陷的影響。在壓印過程中保持整個(gè)晶圓的壓力和溫度均勻是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

分辨率和精度方面對(duì)比，雖然這兩種技術(shù)都旨在突破小型化的界限，但 EUV 目前在分辨率方面處于領(lǐng)先地位，并且更適合最先進(jìn)的邏輯和存儲(chǔ)設(shè)備。

吞吐量和成本方面對(duì)比，NIL 以較低的成本提供潛在的更高吞吐量，使其成為特定半導(dǎo)體應(yīng)用的有吸引力的選擇，特別是那些不需要 EUV 極端小型化能力的應(yīng)用。

應(yīng)用適用性方面對(duì)比，EUV 有助于高端、尖端半導(dǎo)體制造，特別是 CPU 和 GPU。另一方面，NIL 在 IC 的不太關(guān)鍵層以及光子學(xué)和生物芯片等專業(yè)應(yīng)用中找到了自己的利基。

EUV 和 NIL 之間的競(jìng)爭(zhēng)并不是直接的競(jìng)爭(zhēng)，而是技術(shù)的互補(bǔ)，每種技術(shù)都服務(wù)于獨(dú)特的半導(dǎo)體細(xì)分市場(chǎng)。隨著行業(yè)的進(jìn)步，我們可能會(huì)看到這兩種技術(shù)的進(jìn)步，有可能導(dǎo)致混合方法或完全創(chuàng)新。EUV 和 NIL 之間的選擇將取決于具體的應(yīng)用要求、成本限制和技術(shù)進(jìn)步。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于這個(gè)充滿活力的領(lǐng)域的制造商、技術(shù)人員和利益相關(guān)者來說，跟上這些發(fā)展至關(guān)重要。