氟化氩气体,俗称ArF气体,是由氩和氟组成的化合物,无色无味,具有高化学稳定性和反应活性,在光刻和半导体行业中,它用于深紫外光刻工艺,实现高精度分辨率。氟化氩气体推进了多种工业的技术革新,是准分子激光设备中激光发生器的关键气体。
氟化氩气体是通过在受控条件下将氩气 (Ar) 与氟气 (F2) 结合而产生的。所得ArF气体是一种无色无味的物质,具有很高的化学稳定性和反应活性。它以其对紫外线 (UV) 的强烈吸收而闻名,特别是在深紫外线 (DUV) 范围内。在光刻和半导体行业中,ArF 气体用于一种称为深紫外光刻 (DUV 光刻) 的工艺,以在集成电路制造过程中在硅晶片上创建复杂的图案。 ArF 气体的高紫外线吸收能力可实现精确且精细的分辨率,从而可以生产更小、更强大的微芯片
光刻机,按照不同的用途及光源有多种分类,现在大家说的主要是紫外光刻机,我们这里提到的主要有DUV深紫外光及EUV极紫外光,DUV光刻机是目前大量应用的光刻机,波长是193nm,光源是ArF(氟化氩)准分子激光器,从45nm到10nm工艺都可以使用这种光刻机,而EUV极紫外光波长是13.5nm,EUV光刻机主要用于7nm及以下节点。
氟化氩的光波长有193nm,在某种方式下可以完成7nm制程工艺的电路刻画,但要想更加精细,就非常困难了。所以,国内的芯片厂家7nm以上制程工艺的芯片是可以生产的,但要想继续精细制程工艺,就没有办法了。
根据瑞利准则公式和实践结果,193nm光刻机的分辨率是波长的三分之一,能用来做65nm的芯片。浸润式光刻机的134nm波长,按规律可以做45nm的芯片。但是镜头在水里效应提升,又通过OPC补偿算法 (光罩上图形的角上,弄成特定的复杂形状而非原来的方形,最终成像反而会更接近方形) ,最终分辨能力提升到了28nm。这就是经典的28nm芯片的由来,坊间有所谓“28nm光刻机”的说法,其实是193nm的光源。
28nm及以上制程的传统芯片,里面的晶体管是MOSFET,可以理解为一种平面的晶体管,有个控制门Gate,从上往下这“一个方向”施加电压,控制晶体管的0-1导通状态。28nm指的是Source和Drain两个栅极之间的宽度,整个晶体管有100nm以上这么宽。
FINFET晶体管就升级成“立体”的,比MOSFET的一个方向的平面影响要灵敏,所以FINFET晶体管的功耗更低、主频更快。但是这个晶体管,就要象鱼鳍一样,造出往上伸出的薄薄的fin,工艺要复杂多了。FINFET晶体管在wafer上也还是一层,并没有堆出几层来,众多晶体管还是平面排列的,只是fin是立体结构对控制电压敏感了。
用DUV浸润式光刻机和FINFET晶体管工艺,可以造7nm-14nm制程的芯片。主要的办法是多重曝光,最多是四重曝光。简单地比喻,先在wafer上造出28-28-28-28nm这样间隔的线条,然后挪动14nm,再来做一套28-28-28-28nm间隔的线条,就能用双重曝光组合出14-14-14-14nm间隔的线条。如果四重曝光,就能组合出7-7-7-7nm间隔的条纹。当然这只是类比,实际要复杂得多,但是基本原理就是把本来一张光罩做的事,拆成很多张光罩来做。到7nm,工艺就非常麻烦了,光罩数量需要非常多,但是业界优秀的公司居然真的用DUV光刻机实现了7nm芯片量产。
值得注意的是,28nm及以上的传统芯片,它的“制程”是实打实的,说28nm真实栅极距离就是28nm。而先进芯片的7nm-14nm,包括再往下的5nm、4nm、3nm芯片,栅极宽度并不是标称的值。各家制造芯片的公司各自声称,根据功耗等性能指标的改进,按摩尔定律算出来一个“等效面积” (PPA,Power Performance Area) ,说是7nm,实际测量可能是10nm。英特尔说的10nm工艺就是实在的,说是10nm,指标相当于别家的7nm了。
可以看出,用DUV光刻机来做7nm芯片,已经“穷尽”了招数,才能用193nm的光源,得到7nm的效果。浸润式、镜头改进、OPC补偿、多重曝光、晶体管立体化、等效面积,这才从193nm光源形式上实现了7nm的效果。用DUV光刻机加工先进芯片,工艺非常麻烦,良率低、成本高。
氟化氩气体是通过在受控条件下将氩气 (Ar) 与氟气 (F2) 结合而产生的。所得ArF气体是一种无色无味的物质,具有很高的化学稳定性和反应活性。它以其对紫外线 (UV) 的强烈吸收而闻名,特别是在深紫外线 (DUV) 范围内。在光刻和半导体行业中,ArF 气体用于一种称为深紫外光刻 (DUV 光刻) 的工艺,以在集成电路制造过程中在硅晶片上创建复杂的图案。 ArF 气体的高紫外线吸收能力可实现精确且精细的分辨率,从而可以生产更小、更强大的微芯片
光刻机,按照不同的用途及光源有多种分类,现在大家说的主要是紫外光刻机,我们这里提到的主要有DUV深紫外光及EUV极紫外光,DUV光刻机是目前大量应用的光刻机,波长是193nm,光源是ArF(氟化氩)准分子激光器,从45nm到10nm工艺都可以使用这种光刻机,而EUV极紫外光波长是13.5nm,EUV光刻机主要用于7nm及以下节点。
氟化氩的光波长有193nm,在某种方式下可以完成7nm制程工艺的电路刻画,但要想更加精细,就非常困难了。所以,国内的芯片厂家7nm以上制程工艺的芯片是可以生产的,但要想继续精细制程工艺,就没有办法了。
根据瑞利准则公式和实践结果,193nm光刻机的分辨率是波长的三分之一,能用来做65nm的芯片。浸润式光刻机的134nm波长,按规律可以做45nm的芯片。但是镜头在水里效应提升,又通过OPC补偿算法 (光罩上图形的角上,弄成特定的复杂形状而非原来的方形,最终成像反而会更接近方形) ,最终分辨能力提升到了28nm。这就是经典的28nm芯片的由来,坊间有所谓“28nm光刻机”的说法,其实是193nm的光源。
28nm及以上制程的传统芯片,里面的晶体管是MOSFET,可以理解为一种平面的晶体管,有个控制门Gate,从上往下这“一个方向”施加电压,控制晶体管的0-1导通状态。28nm指的是Source和Drain两个栅极之间的宽度,整个晶体管有100nm以上这么宽。
FINFET晶体管就升级成“立体”的,比MOSFET的一个方向的平面影响要灵敏,所以FINFET晶体管的功耗更低、主频更快。但是这个晶体管,就要象鱼鳍一样,造出往上伸出的薄薄的fin,工艺要复杂多了。FINFET晶体管在wafer上也还是一层,并没有堆出几层来,众多晶体管还是平面排列的,只是fin是立体结构对控制电压敏感了。
用DUV浸润式光刻机和FINFET晶体管工艺,可以造7nm-14nm制程的芯片。主要的办法是多重曝光,最多是四重曝光。简单地比喻,先在wafer上造出28-28-28-28nm这样间隔的线条,然后挪动14nm,再来做一套28-28-28-28nm间隔的线条,就能用双重曝光组合出14-14-14-14nm间隔的线条。如果四重曝光,就能组合出7-7-7-7nm间隔的条纹。当然这只是类比,实际要复杂得多,但是基本原理就是把本来一张光罩做的事,拆成很多张光罩来做。到7nm,工艺就非常麻烦了,光罩数量需要非常多,但是业界优秀的公司居然真的用DUV光刻机实现了7nm芯片量产。
值得注意的是,28nm及以上的传统芯片,它的“制程”是实打实的,说28nm真实栅极距离就是28nm。而先进芯片的7nm-14nm,包括再往下的5nm、4nm、3nm芯片,栅极宽度并不是标称的值。各家制造芯片的公司各自声称,根据功耗等性能指标的改进,按摩尔定律算出来一个“等效面积” (PPA,Power Performance Area) ,说是7nm,实际测量可能是10nm。英特尔说的10nm工艺就是实在的,说是10nm,指标相当于别家的7nm了。
可以看出,用DUV光刻机来做7nm芯片,已经“穷尽”了招数,才能用193nm的光源,得到7nm的效果。浸润式、镜头改进、OPC补偿、多重曝光、晶体管立体化、等效面积,这才从193nm光源形式上实现了7nm的效果。用DUV光刻机加工先进芯片,工艺非常麻烦,良率低、成本高。