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冰刻技术能否助力国产芯片摆脱光刻机?

2021-03-02 15:29:00

光刻机是我国芯片制造业一大痛点，目前，在EUV光刻机赛道中，仅有ASML一个玩家。

然而，受到《瓦尔森协定》的约束，ASML无法向中国大陆出售EUV光刻机。可以说，光刻机的短缺狠狠卡住了中国芯片的脖子。

为了实现国产芯片自主可控，不少研究机构开始探索一种绕开光刻机的方法。西湖大学研发的冰式光刻机，便是其中之一。

冰刻机工作原理及过程

冰刻机的物理依据十分简单：在零下将近140°的真空环境中，水可以直接凝结成冰。冰刻机便是依据水遇冷凝结的原理，来实现光刻机的功能。

据冰刻机研究人员介绍，在样品放入真空设备后，首先要进行降温处理，之后便会注入水蒸气，使得样品上凝华出薄冰，形成一层“冰胶”。

这层“冰胶”，便代替了传统芯片制造中光刻胶的作用。值得注意的是，冰刻胶并不是普通冰，而是兼具光刻胶与冰特性的新型化学合成冰。

被电子束打到的冰会瞬间气化，从而直接雕刻出冰膜板。再经过一系列加工步骤，由冰刻而成的芯片便成功亮相。

冰刻机优势

与光刻机相比，冰刻机的优势颇多。

一是，冰刻机解决了光刻胶的多项短板。

在传统芯片制造过程中，第一步便是要将光刻胶均匀涂抹在样品之上。这一过程一旦做不好，生产过程中就容易出问题。

而且，光刻胶对所涂抹样品的材质、面积都有要求，不能太小或太脆弱。

而冰刻胶则要“随意”许多。水蒸气可以包裹在任意形状的表面，而且其十分轻盈，不会对加工材料造成影响。

另外，使用冰刻胶还能直接省去化学试剂清洗形成的模具的步骤，不会出现因光刻胶残留，致使良品率低下的问题。

二是，冰刻技术更加清洁。

在传统芯片生产过程中，需要多次用化学试剂对光刻胶进行冲洗，而冰刻技术则不需要这一点。

因为，冰在融化或成为水蒸气后，便会消失的无影无踪。如此一来，便能够大大降低洗胶造成的污染。

如今，西湖大学纳米光学与仪器技术实验室负责人仇旻及其团队，已经在该领域攻克8年之久，诸多成绩已经逐渐显现。

在Nano Letter、Nanoscale等期刊上，团队发布了一系列研究成果。

如今，其已经研发出我国首台“冰刻”系统已经；目前，冰刻系统2.0也在全力研发之中。未来，在三位维纳加工上，冰刻技术或有更广泛的应用。

仇旻及其团队用一次次实验证明，冰刻技术并不是异想天开，而是切实可行。

冰刻技术能否绕开光刻机？

那么，冰刻技术有这么多优势，能否助力国产芯片绕开光刻机呢？

答案是还不能，目前冰刻机还处在实验室阶段，距离商用道路漫漫。而且，冰刻机还有两大难题需要攻克。

第一，生产效率难提升。

冰刻机采用电子束加工，需要逐帧对晶圆表面进行雕刻。与光刻机相比，在效率上有明显的落后。

第二，确保雕刻精度难题。

冰刻机工作原理听起来虽然简单，但实际操作起来却有许多棘手难题，忽略任何一个小细节，都会对雕刻的精度产生影响。仅注入水蒸气这一步，研究团队就进行了无数次试验。

因而，在冰刻机商业化这条道路上，还有些不少的阻碍需要解决。

写在最后

如今，全球仅有两家做冰刻的实验室，其中一家便在西湖大学。没有前人经验作为指导，冰刻机的研发只能摸着石头过河，十分艰难。

这注定是一条孤独的道路，而且前路冰刻机前路究竟如何，还是一片未知。

即便如此，仇旻仍对冰刻技术抱有极大热情，他表示这是项令人激动的新技术。他认为，冰刻技术将解决光刻无法解决的难题，并开辟出全新的科学交叉和研究方向。

冰刻机的前路究竟如何，就让我们拭目以待。
责任编辑:tzh