EUV光刻技术的全球争霸与未来探索

在尖端芯片制造领域，EUV光刻机无疑是不可或缺的利器。提及EUV光刻，ASML公司无疑是市场领头羊，其EUV光刻机技术独步全球。

然而，作为半导体的摇篮，美国在EUV光刻方面的贡献同样不容忽视。虽然美国没有直接生产EUV光刻机，但关键技术如光源，却是由ASML收购的美国公司Cymer所开发的。

近年来，美国为在芯片制造领域取得更大突破，对EUV光刻进行了大量投入。例如，美国芯片巨头Intel在这方面投入巨大。此外，美国政府在EUV研究及其他光刻技术上也进行了广泛布局。

巨额投资，聚焦EUV光刻

近日，美国宣布其CHIPS for America极紫外（EUV）加速器正式启动。

2023年12月，纽约州携手IBM、美光、应用材料、东京电子等半导体巨头，宣布投资100亿美元，在奥尔巴尼纳米技术综合体建立下一代半导体研发中心。这一公私合作项目将资助建设High NA极紫外光刻中心——北美首个且唯一的公有High NA EUV中心。

该中心将支持全球最尖端、最强大的半导体研发。除了对纽约州经济转型的巨额投资外，这一合作还将使纽约州成为全美最先进的公有半导体研发基础设施所在地，助力科技经济的长期发展。

为支持该项目，纽约州已投资10亿美元扩建奥尔巴尼纳米技术中心，并购买了ASML的EXE:5200高数值孔径EUV扫描仪。新建的纳米晶圆反射工厂（NanoFab Reflection）拥有超过5万平方英尺的洁净室空间，将助力合作伙伴的发展，并支持国家半导体技术中心等新项目。

美国表示，EUV加速器将专注于开发先进的高数值孔径EUV技术及其相关研发。他们指出，EUV光刻技术是实现7纳米以上晶体管量产的关键。尽管在更先进的1.6纳米和1.4纳米工艺中仍使用高数值孔径EUV，但ASML表示该中心将为更广泛的公司提供支持。

总体而言，该EUV加速器的主要功能包括：

1. 利用尖端EUV光刻工具和下一代研发能力，包括高数值孔径（NA）EUV系统。
2. 为行业、学术界和政府合作伙伴提供合作空间和资源。
3. 提供专门的现场Natcast办公室和工作人员支持。
4. 营造开放、协作的研发环境。

美国政府强调，获得EUV光刻技术研发对于扩大技术领先、减少原型制作时间和成本以及建立半导体劳动力生态系统至关重要。

探索EUV的替代方案

除了推进现有的EUV技术，美国企业也在探索其替代技术。

今年四月，美国初创公司xLight宣布计划使用粒子加速器为光刻机产生光，并声称能在2028年前实现这一目标，同时保持与现有工具的兼容性。xLight表示，其使命是将粒子加速器驱动的自由电子激光器（FEL）商业化。

据介绍，激光等离子体是目前用于尖端半导体制造的唯一EUV光产生方法。然而，它耗电量极大且无法完全支持ASML现有和未来版本的扫描仪。

“我们为半导体市场开发了一种全新的极紫外（EUV）自由电子激光（FEL）光源。”xLight强调，“这将显著增强ASML的技术路线图。”

五月，另一家美国公司Inversion Semiconductor也浮出水面。该公司计划利用“台式”粒子加速器产生高功率光。

Inversion Semiconductor希望通过高功率激光器驱动的等离子体波（Wakefield）实现这一目标。具体而言，就是一项名为Laser Wakefield Acceleration（LWFA）的技术。

LWFA利用强激光脉冲与等离子体的相互作用，将电子在极短距离内加速到极高能量。Inversion预计能将传统粒子加速器缩小至桌面大小，提高晶体管密度和制造效率。

日欧也在寻求新机遇

除了美国外，日本和欧洲也在探索EUV光刻的新机遇。

挪威初创公司Lace Lithography AS表示，其正在开发一种使用原子定义特征的光刻技术。这种技术的分辨率超越了极紫外光刻技术的极限。

Lace Litho的BEUV技术理论上能实现更精细的特征，支持晶体管的持续小型化并延伸摩尔定律。

“通过使用原子代替光，”该公司在其网站上声称，“我们为芯片制造商提供了领先当前技术15年的功能。”

据了解，该项目来自欧盟资助的FabouLACE项目。该项目采用亚稳态原子和基于色散力的掩模，可实现2纳米工艺。欧盟委员会表示将在2031年前将该技术推向市场。

结语

现代光刻机的发展经历了众多技术探索。许多当前的解决方案可能曾有过尝试但受限于当时的认知而失败。

从ASML的分享中我们了解到，继续推进EUV光刻并非不可能。例如，在数值孔径方面该公司正从High NA演进到Hyper NA。

未来可能会有新的方法出现。但可以肯定的是芯片性能的持续提升是必然趋势。关键在于依赖EUV光刻还是其他技术如封装等。