EUVL 芯片制造的工作原理

在了解 EUV 光刻将如何彻底改变微处理器的制造之前，您首先应该了解当前制造工艺的一些基本知识。微处理器，也称为计算机芯片，是使用一种称为光刻的工艺制造的。具体来说，深紫外光刻用于制造当前一代的微芯片，并且很可能也用于制造您计算机内部的芯片。

光刻类似于摄影，因为它使用光将图像转移到基板上。对于相机来说，基板是胶片。硅是芯片制造中使用的传统基板。为了创建微处理器上的集成电路设计，光被导向一个掩膜。掩膜就像电路图案的模板。光线穿过掩膜，然后穿过一系列光学透镜，将图像缩小。这个小图像随后被投射到硅或半导体晶圆上。

晶圆上覆盖着一层名为光刻胶的光敏液态塑料。掩膜放置在晶圆上方，当光线穿过掩膜并照射到硅晶圆时，未被掩膜覆盖的光刻胶会硬化。未暴露在光线下的光刻胶仍然有些黏糊糊的，会被化学清洗掉，只留下硬化的光刻胶和暴露的硅晶圆。

制造更强大微处理器的关键是光波长的大小。波长越短，可以在硅晶圆上蚀刻的晶体管就越多。更多的晶体管意味着更强大、更快的微处理器。这就是为什么拥有4200万晶体管的英特尔 奔腾4 处理器比拥有2800万晶体管的奔腾3 更快的主要原因。

截至2001年，深紫外光刻使用240纳米的波长。一纳米是十亿分之一米。当芯片制造商将波长缩减到100纳米时，他们将需要一种新的芯片制造技术。使用深紫外光刻所带来的问题是，随着光波长变得越来越小，光会被用来聚焦它的玻璃透镜吸收。结果是光无法到达硅，因此无法在晶圆上创建电路图案。

这就是 EUVL 将接替的地方。在 EUVL 中，玻璃透镜将被反射镜取代以聚焦光线。在下一节中，您将了解 EUVL 将如何用于生产比2001年最强大的芯片至少快五倍的芯片。

每年，制造商都会推出下一代优秀的计算机芯片，提升计算能力，让我们的个人电脑完成十年前我们都无法想象的任务。英特尔创始人戈登·摩尔在35多年前就预言了这种技术现象，当时他表示微处理器上的晶体管数量将每18个月翻一番。这被称为摩尔定律。

行业专家认为，深紫外光刻将在2004年至2005年左右达到极限，这意味着如果没有新的芯片制造技术，摩尔定律也将终结。但是，一旦深紫外达到其上限，我们将看到芯片制造商转向一种新的光刻工艺，这将使他们能够在2007年生产出业界首款10千兆赫（GHz）微处理器。相比之下，英特尔奔腾4处理器（截至2001年5月）最快的速度是2.4 GHz。EUVL 可以为摩尔定律再延长10年。

"EUV 光刻技术使我们能够制造出特征尺寸足够小以支持 10 GHz 时钟速度的芯片。它不一定会实现这一点，"劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的 EUV 光刻项目经理 Don Sweeney 说。"我们首先需要做的是将集成电路缩小到 30 纳米，EUV 光刻技术显然能做到这一点。" 相比之下，深紫外光刻技术可以创建的最小电路是 100 纳米。

2001年4月，EUV 有限责任公司（EUV LLC）推出了首款全尺寸EUV光刻机原型。EUV LLC 是一个由世界领先的芯片制造商和美国能源部三个研究实验室组成的联盟。成员包括英特尔、AMD、IBM、美光、英飞凌和摩托罗拉。这些公司正在与由桑迪亚国家实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室组成的虚拟国家实验室合作。成为该联盟成员的优势在于拥有优先使用这项新技术的权利。

现在我们来看看 EUVL 是如何工作的。

EUVL 的工作原理如下

据斯威尼说，整个过程都依赖于波长。如果你把波长做得短，你就能得到更好的图像。他说可以想象用相机拍静态照片。

“当你拍摄某物时，图像的质量取决于很多因素，”他说。“首先，它取决于你用于拍摄的光线的波长。波长越短，图像质量就越好。这只是一个自然法则。”

截至2001年，使用深紫外光刻技术制造的微芯片使用248纳米的光。截至2001年5月，一些制造商正在转向193纳米的光。而通过EUVL，芯片将使用13纳米的光制造。根据波长越小图像质量越好的定律，13纳米的光将提高投射到硅晶圆上的图案质量，从而提高微处理器的速度。

整个过程必须在真空中进行，因为这些光波长太短，即使是空气也会吸收它们。此外，EUVL 使用镀有多层钼和硅的凹面和凸面镜——这种涂层可以在13.4纳米的波长下反射近70%的EUV光。另外30%则被反射镜吸收。如果没有这种涂层，光线在到达晶圆之前几乎会被完全吸收。反射镜表面必须近乎完美；即使涂层中的微小缺陷也可能破坏光学器件的形状并扭曲印刷电路图案，导致芯片功能出现问题。

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