新年福利,非正文 第266章 制程路線之爭 (上)

文 / 滿樓紅袖招

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    光刻機是晶圓生產線中最為核心的生產設備,發展歷程也是經過了數代的更迭。

    如果以大規模商業性應用為標準線,大體上看,六十年代是接觸式光刻機、接近式光刻機的時代,到七十年代光刻機設備主流更新到了投影式光刻機,八十年代更新到步進式光刻機,九十年代更新到步進式掃描光刻機,新世紀初期浸入式光刻機大行其道。

    二十一世紀之后,得益于華人科學家林本堅博士的光刻膠上方加水創意,忽然獲得大絕招的al以侵入式光刻機一舉把日系光刻機廠商從云端打入塵埃,只用了不到幾年時間就壟斷了全球70的光刻機市場。

    由于光本質是波的緣故,在微觀物理世界波長越短的光精度就越高,換句話說光的波長越短,在晶圓上刻下的線就越細。

    早期的摩爾定律是預言集成電路密度每年翻倍,直到1975年摩爾定律才改成未來人盡所知的每十八個月。

    根據瑞利公式:a),其中cd代表著曝光尺寸或者叫做光刻的最小尺寸,比如5.0微米、3.0微米什么的,甚至直接代指晶圓生產線的技術標準,k1代表著干擾降低光刻尺寸的綜合因素,比如光刻膠,比如車間環境供電電壓等等。

    na代表著鏡頭的數值孔徑這玩意的學術描述比較復雜,簡單的說就是na值越大透光越多分辨率越高。

    λ這玩意經過義務九年的都知道,代表著光的波長,在公式中波長越低光刻機的精度就越高。

    因此實現摩爾定律的前提就是減小k1、λ的數值,搞大na的數值。

    相比磨鏡頭這種比較坑爹見效很慢的耐心活,縮短光的波長就成了提升光刻機精度最為直接也最為優先的手段。

    早期光刻機土鱉的很,基本都是從電影攝像機上改造出來的,曝光光源也比較奇葩從光譜紅外端到近紫外段用啥的都有,

    不過隨著摩爾定律的生效,光源迅速從紅外端向紫外端移動,鏡頭也迅速超越了電影鏡頭所要求的精度,越來越專業加工越來越難。

    時間到了八十年代,光刻機的主流光源開始使用高壓汞燈,其波長為365nm產業界管這玩意叫~ i-line。

    九十年代初期,光刻機的精度進入到1.0微米以下之后,高壓汞燈所提供的356nm波長就顯得很大了,因此krf 激光器成了光刻機的主流光源,其產生的248 nm波長的光源足夠把晶圓生產線的線寬推進到納米時代。

    九十年代中期,隨著晶圓生產線線寬的進一步降低,193nm波長的 duv 激光開始嶄露頭角,duv激光也是著名的arf準分子激光,包括治療近視眼手術在內的多種跨行業工程應用都使用這種激光,相關激光發生器和光學鏡片等技術都比較成熟。

    在電子產業慶幸193nm光源由于應用范圍極廣導致研發成本降低的愉悅壓根就沒享受幾天,光刻光源的縮短之旅直接被卡在193nm無法進步。

    從九十年代中期開始,直到梁遠偷渡之前,光刻機的光源一直維持在193nm已經接近二十年,可以說直到某人偷渡位面那一刻,全球所有主流手機、電腦、平板、超級計算機、顯卡、路由器的主芯片仍舊是193n光源成了人類信息時代超高速發展中第一塊頑固不變的基石。

    自1975年摩爾定律或者叫做摩爾預言成熟起,全球半導體產業沿著摩爾博士給出的這條科技大路一路狂奔了二十多年,直到二十世紀的末期才撞上了一道無法突破的鐵壁~~193nm,光刻機光源在這個波長上卡了足有小二十年,英特在世紀之交被吐槽成牙膏廠只是光刻機技術停步不前時消費領域產生的一線反應而已。

    自九十年代中期開始,科學家和電子產業界提出了各種超越 193n f2 激光,電子束投射(epl),離子投射(ipl)、euv(13.5nm)和 x 光,幾年的發展之后在世紀之交形成了幾大技術陣營。

    157nm f2:每家大型光刻公司都在研究,但唯獨東洋尼康第一個推出了達到商用標準的產品。

    157n機器所用的鏡片吸收,光刻膠也要重新研制,所以產線改造難度極大,幾乎是另起爐灶的重新再來,而157n的波長進步只有不到 25,研發投入產出比實在太低。

    也不知道東洋是幸還是不幸,得益于其國民性的工匠精神死磕波長縮短的尼康屬實偉大,第一個解決了困擾世界十來年的光源波長問題。

    但可惜的是,彼時華人科學家林本堅博士光刻膠上加水的創意已經把193光源的波長通過折射直接變成137nm未來更把193光源的線寬直接推進到了十納米以下,直接把尼康投入巨資所研發的技術毫無懸念的送回了老家。

    這件事絕對可以載入人類電子產業的發展史,可以說林本堅博士以一己之力直接擊沉了東洋電子產業都不為過,要知道尼康研發157nm的光源絕不是一個光源的問題,其配套的鏡頭、光刻膠、化學制劑、車間電路等等幾乎都是全新的,差不多等于把整個晶圓生產線或者電子產業基礎全都換了一遍。

    得益于東洋強大的電子配套產業實力,圍繞著157nm光源,東洋系電子產業鏈參與進去了無數的大小公司,結果都被一起打折了脊梁,在梁遠偷渡之前,東洋廣場協議之后,東洋經濟之所以失落長達二十年之久,林本堅博士絕對功不可沒。

    除了憋屈死掉的157光源之外,13.5n也是梁遠偷渡之前人類技術上限中最有可能投入到大規模商業應用中的光源,這個陣營包括英特爾、al、英飛凌、接近式 x 光:這個陣營包括a、ibm、摩托羅拉,這也是一個被林本堅博士擊沉的陣營,由于實驗室向來比產業界前沿的緣故,這個陣營起始于八十年末期,采用接近式曝光方式生產,原計劃可以作為157光源之后的后補技術登場,到了新世紀雖然沒有尼康那般倒霉剛好產品成熟,不過美日兩國也各自在這個方向上投入了數十億美元的巨資,還未問世就已經涼涼也不知道是幸還是不幸。

    0.004nm ebd、佳能、尼康,al被邀請加入后又率先退出,這個陣營的學名叫做電子束直寫技術,是所有光刻技術陣營中看起來最吊也最浪漫的那個,同樣也是光刻技術的物理極限,更是方偉林的主要來意。

    尼康在被al擊敗之后,曾押寶電子束直寫技術拼死一搏,可惜這玩意的研發難度堪稱電子行業的可控核聚變,直到梁遠偷渡那一刻也沒聽到入坑十年的尼康搞出什么大新聞。

    一般來說,科技的前沿以大學為主多從事基礎科技研發,基礎科技往往領先產業應用十幾年甚至上百年的時間,比如愛因斯坦的質能方程和相對論,產業的前沿則是以大學定向實驗室和各類企業研究所為主,實驗室技術基本就是未來的工業界主流技術,往往領先工業界現有技術五至十年,比如諾基亞實驗室在2000年曾經在實驗室中搞出了和蘋果手機類似的個人電子終端,可惜被諾基亞高管槍斃掉了。

    同樣,在九十年代初,從事電子產業研發的各大公司前沿實驗室,已經發覺193nm波長之后,光源的發展忽然陷入了極大的困境,現有的材料完全不支持更短波長的光源有大批量應用的可能,繼續縮短波長只能寄托于新材料的發現或者死磕收益率不高的153nm波長的光源,更新現有電子產業的大部分設備。

    由于芯片產業屬于高技術行業的緣故,前沿和生產一線的聯系十分緊密,實驗室的研發困境很快就傳導到了產業界,結果雖然193nm的光源還未普及,但未來的陣營已經隱隱有了跡象。

    港基集電作為共和國唯一一家能摸到產業前沿尾巴的微電子集團,內部對未來的技術路線自然也是爭執不斷,有站隊193n的,相比193nm提升25也是提升對不對,相比極紫外光反射式euv光刻,153nm設備的研發難度真是縮小了一個數量級,看起來是個彎道超車的好方案。

    還有一部分膽子不小性情激進的研發人員直接站隊euv,而最激進的就是看好電子束直寫技術是未來突破193nm光源的最佳選擇。

    未來的互聯網時代有句流傳很廣的大實話,只有吊絲才做選擇題,土豪從來都是全要,港基集電就是全球電子產業中的吊絲,哪有精力在四個陣營全部投入研發經費,能堅守住一個陣營不被落下太遠就已經謝天謝地了。

    經費有限,個人又都認為面對若隱若現的193nm門檻,自己的方向才是正確的,在梁遠不干預的情況下港基集電內部已經吵成了一團,而電子束直寫方案是第一個被港基集電高層槍斃掉的方案。

    電子束直寫技術由于電子束的特性緣故,在精度上可以領先曝光技術四、五個世代,也就是說在晶圓生產線主流技術為1.0微米的時代,電子束直寫技術可以把制程線寬直接推進到0.13微米。

    看起來這么牛x的技術為啥被港基集電高管第一時間斃掉了?

    一般來說,九十年代初期,主流技術的光刻機每小時加工的晶圓數量大約150至200片之間,而電子束直寫技術加工晶圓的數量大約為每小時三至五片,最坑爹的是隨著未來芯片的復雜程度快速提高,港基集電預估電子束直寫技術的加工能力還會恐怖從每小時三至五片晶圓下降為每小時加工三至五枚芯片的程度。 ( 工業之動力帝國 http://www.ahacpz.tw/1/1222/ )

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