「浸潤式光刻之父」林本堅：限制臺積電對中國晶圓代工廠(chǎng)有利

浸沒(méi)式光刻創(chuàng )新的臺積電前研發(fā)副總裁林本堅告訴 digitimes，他已經(jīng)預見(jiàn)到 2022 年有晶圓代工廠(chǎng)可以利用 DUV 設備實(shí)現 7 納米，就像臺積電一樣。不過(guò)，他表示，用 DUV 設備制作 5 納米芯片至少需要四次構圖，這一過(guò)程耗時(shí)且成本高，而且由于自對準困難，影響良率和速度。

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

林本堅表示，28 納米平臺不涉及沉浸式 DUV 設備上的多重圖案化，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)行單次曝光的設備，可以以一半的速度進(jìn)行兩次曝光，等等。

另一個(gè)挑戰是多次曝光中精確對準的必要性，即將第二次和后續曝光與第一次曝光對準，因為輕微的未對準可能會(huì )影響速度和產(chǎn)量。林本堅表示，從理論上講，沉浸式 DUV 技術(shù)最多可以實(shí)現六重圖案，但這只是時(shí)間、成本以及人們愿意接受的不斷增加的錯位風(fēng)險的問(wèn)題，并補充說(shuō)，即使是 EUV 設備也有局限性。

在芯片禁令之前，美國并沒(méi)有限制臺積電為中國客戶(hù)代工。中國本土代工企業(yè)在每一代工藝上都難以與臺積電競爭，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(chǎng)可以替代臺積電為中國客戶(hù)生產(chǎn)芯片，并且隨著(zhù)產(chǎn)量的擴大，這些代工廠(chǎng)可以加快他們的學(xué)習曲線(xiàn)。

然而，考慮到潛在的過(guò)高成本，持續減小晶體管尺寸并不是最佳選擇。相反，人們顯著(zhù)轉向投資替代方法，以提高計算速度、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(kāi)競爭中，重點(diǎn)在于成為第一個(gè)創(chuàng )新和獲得專(zhuān)利的人。

林本堅說(shuō)，半導體設備不僅涉及光刻，還涉及許多工序。對于任何一個(gè)國家來(lái)說(shuō)，擁有所有必要的能力都是一項挑戰。美國在半導體設備和 IC 設計方面處于全球領(lǐng)先地位，應該利用這一優(yōu)勢來(lái)保持領(lǐng)先地位，而不是支持可能缺乏比較優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)。

NIL 和 EUV 的光刻競賽

在半導體制造中，光刻是關(guān)鍵工藝。它涉及將電路圖案轉移到硅晶圓上，這是創(chuàng )建集成電路 (IC) 的基礎步驟。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。下面進(jìn)行對比分析。

極紫外光刻 (EUV)

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

優(yōu)點(diǎn)：EUV 的主要優(yōu)點(diǎn)是其無(wú)與倫比的分辨率，可以生產(chǎn)更小、更復雜的 IC。隨著(zhù)行業(yè)向更小的節點(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)現更高的電路密度，有助于提高芯片的性能和能效。

挑戰和限制：向 EUV 的過(guò)渡面臨著(zhù)重大的技術(shù)和財務(wù)困難。EUV 機器（例如 ASML 生產(chǎn)的機器）的開(kāi)發(fā)成本極高且復雜。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光子的吸收。該技術(shù)還面臨吞吐量限制，因為 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(lèi)似于傳統的印刷技術(shù)，但是是納米級的。

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(wú)需復雜的光源或光學(xué)器件即可實(shí)現高分辨率圖案。NIL 對于需要大面積圖案化的應用尤其有前景，例如先進(jìn)的傳感器和顯示技術(shù)。

挑戰和限制：NIL 的主要挑戰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(guò)程中保持整個(gè)晶圓的壓力和溫度均勻是一項重大挑戰。

分辨率和精度方面對比，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)的邏輯和存儲設備。

吞吐量和成本方面對比，NIL 以較低的成本提供潛在的更高吞吐量，使其成為特定半導體應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用。

應用適用性方面對比，EUV 有助于高端、尖端半導體制造，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(zhuān)業(yè)應用中找到了自己的利基。

EUV 和 NIL 之間的競爭并不是直接的競爭，而是技術(shù)的互補，每種技術(shù)都服務(wù)于獨特的半導體細分市場(chǎng)。隨著(zhù)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用要求、成本限制和技術(shù)進(jìn)步。隨著(zhù)半導體行業(yè)的不斷發(fā)展，對于這個(gè)充滿(mǎn)活力的領(lǐng)域的制造商、技術(shù)人員和利益相關(guān)者來(lái)說(shuō)，跟上這些發(fā)展至關(guān)重要。