為摩爾定律續(xù)命30年，EUV究竟意味著什么？

前面我們探討過量子計(jì)算光明而遙遠(yuǎn)的未來，回歸現(xiàn)實(shí)之中，我們還是只能依靠經(jīng)典計(jì)算來解決當(dāng)下的計(jì)算需求。

所以，科學(xué)家們也在努力給摩爾定律續(xù)命。其中一項(xiàng)極為關(guān)鍵的技術(shù)，就是——EUV極紫外光刻。

過去一兩年的時(shí)間里，EUV沒少在產(chǎn)業(yè)中刷存在感。三星、臺(tái)積電、英特爾等都在爭先恐后地將EUV投入芯片量產(chǎn)，中芯國際斥資1.2億美元買入EUV光刻機(jī)成了大新聞，日本對(duì)韓國的半導(dǎo)體禁令中，EUV光刻膠更是被關(guān)注的焦點(diǎn)……

這項(xiàng)技術(shù)憑什么被稱為摩爾定律的救星，又是否來到了最好的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)呢？

EUV登場(chǎng)：為摩爾定律再續(xù)一秒

計(jì)算能力看芯片，芯片性能看光刻，那光刻技術(shù)看什么，在眾多工藝中，大多數(shù)產(chǎn)業(yè)人士給出的答案，就是EUV。

所謂EUV，指的是波長13.5nm 的極紫外光，相比于當(dāng)前主流光刻機(jī)用的193nm光源，EUV的光源只有十五分之一，能夠在硅片上刻下更小的溝道。

業(yè)內(nèi)形容EUV的細(xì)致程度，就好像從地球上發(fā)出的手電筒光線，精準(zhǔn)地照射到一枚月球上的硬幣一樣。這么嚴(yán)苛的工藝要求，真的有必要嗎？

（EUV光刻與ARF光刻的顯影效果對(duì)比）

我們知道，IC芯片的制造就像是用樂高積木蓋房子，借由一層又一層的堆疊，搭建出一個(gè)復(fù)雜的“立體結(jié)構(gòu)”。如果把芯片放到顯微鏡下，會(huì)看到一個(gè)和超級(jí)城市一樣豐富的細(xì)節(jié)：高達(dá)七八層的馬路，分布著幾百萬座建筑物，幾億扇門窗一秒鐘要開關(guān)上億次，每一次都必須準(zhǔn)確無誤……

這個(gè)復(fù)雜的建構(gòu)過程，在很長一段時(shí)間，都是由193nm的光源來完成的，但移動(dòng)智能的高速發(fā)展，要求不斷在更小的芯片上集成更多的晶體管，自然就要尋找更高精度的工具，EUV也就順其自然地登場(chǎng)了。

比如使用了臺(tái)積電7nm+ EUV工藝制程的麒麟990，就得以在芯片面積基本不變的前提下，晶體管數(shù)量從69億暴漲到103億，也因此成為目前業(yè)界最小的5G手機(jī)芯片。

當(dāng)然，大家都知道摩爾定律并不只是性能的提升，另一個(gè)限制是成本的降低。所以，“規(guī)則救星”還必須擔(dān)負(fù)起省錢的重任。EUV恰好符合這個(gè)要求。

光刻機(jī)的工作過程中，必不可少的就是曝光。簡單來說就是用光線照射硅片，讓未受掩模遮擋部分的光刻膠發(fā)生曝光反應(yīng)，這樣才能將石英掩模上的電路圖顯影到硅片上，以便后續(xù)進(jìn)行刻蝕、去膠等一系列工序。

而要生產(chǎn)7nm甚至5nm的芯片時(shí)，以往采用的ArFi LE4 Patterning或是ArFi SAQP往往需要4次甚至更多的曝光才能完成。而EUV只需要1個(gè)光罩、1次曝光就搞定了，可以直接降低大批量生產(chǎn)的成本。

換句話說，EUV不僅刻錄精度更高，也會(huì)讓芯片的價(jià)格更便宜，無怪乎會(huì)被看做是唯一可行的拯救摩爾定律的方法了。

目前，一些主要的芯片代工廠如臺(tái)積電、三星也都開始在其大批量生產(chǎn)線中使用EUVL來處理邏輯7nm的芯片。這是否說明，我們很快就可以憑借EUV迎來5nm、3nm制程的新時(shí)代呢？事情顯然沒有那么簡單。

山高水遠(yuǎn)，道阻且長：EUV的打怪升級(jí)之路

看來，經(jīng)典計(jì)算機(jī)最后的尊嚴(yán)既要靠EUV來捍衛(wèi)了。不過，能否在現(xiàn)實(shí)中真正規(guī)?；瘧?yīng)用，才決定了其是否真的能改變摩爾定律的命運(yùn)。目前，行業(yè)內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)EUV芯片穩(wěn)定量產(chǎn)的并不多。

比如前不久三星的EUV工藝就翻車了，采用7nm LPP EUV制程工藝生產(chǎn)的三星9825芯片能效不升反降。

目前看來，EUV的應(yīng)用限制主要集中在三方面：

首先就是一些尚待解決的技術(shù)問題。

比如EUV設(shè)備必須在超潔凈環(huán)境中運(yùn)行，如果有一點(diǎn)灰塵掉到光罩上，都會(huì)帶來直接的生產(chǎn)良率問題。但EUV所用的光罩和傳統(tǒng)193nm光刻的光罩完全不同。目前EUV的光照良率僅為64.3%，而主流光照的良率則高達(dá)94.8%，想要提升EUV芯片的成品率，材料技術(shù)、流程控制、缺陷檢驗(yàn)等都是需要攻克的問題。

即使在技術(shù)上達(dá)到要求，缺乏足夠吸引力的收益率，也很難讓客戶產(chǎn)生遷移到新技術(shù)的動(dòng)力。而目前看來，采用EUV技術(shù)的生產(chǎn)成本也十分高昂。

一方面，最新的EUV機(jī)器價(jià)格往往超過1億歐元，是常規(guī)193nm 光刻機(jī)價(jià)格的二倍多；就算采購?fù)瓿?，還需要多臺(tái)747飛機(jī)來運(yùn)輸整個(gè)系統(tǒng)。由于功率極高，EUV設(shè)備生產(chǎn)時(shí)消耗的電力也遠(yuǎn)超現(xiàn)有機(jī)器。而且，即使使用EUV光刻機(jī)，7nm、5nm制式的生產(chǎn)也需要在一些關(guān)鍵復(fù)雜的圖層中使用雙重圖形甚至多重圖形曝光，才能減少缺陷的數(shù)量，無形中又進(jìn)一步增加了成本。

除此之外，EUV也對(duì)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈上的人員提出了巨大的要求。比如光子擊中抗蝕劑并引起反應(yīng)，每次的響應(yīng)都可能不同，這就會(huì)導(dǎo)致芯片隨機(jī)出現(xiàn)缺陷，要控制它比傳統(tǒng)光刻機(jī)更加困難，工程師們也需要一定時(shí)間的磨合才行。

所以說，雖然目前英特爾、臺(tái)積電、三星和GF等都在積極準(zhǔn)備7nm工藝，但要成功用上EUV顯然還是一件比較小眾的成就，手持藏寶圖的探索者依然鳳毛麟角。

打破算力天花板：EUV到底改變了什么？

雖說EUV距離全面走進(jìn)產(chǎn)業(yè)端還有一段路要走，但這并不妨礙我們以它為坐標(biāo)系來重新構(gòu)想計(jì)算的未來。

首先，在5nm、3nm等節(jié)點(diǎn)上啟用EUV技術(shù)已經(jīng)是必備之選。率先度過與應(yīng)用的磨合期，就意味著能在AI+5G背景下占據(jù)行業(yè)高點(diǎn)，并將馬太效應(yīng)持續(xù)放大。比如臺(tái)積電就憑借率先實(shí)現(xiàn)7nm工藝而獲得了大量的訂單，并借此分?jǐn)偭司揞~的研發(fā)費(fèi)用與投入。在技術(shù)地域化的當(dāng)下，中國芯片廠商能否抓住這個(gè)新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)崛起，EUV就是戰(zhàn)略性的一步。

如果我們將移動(dòng)智能看做一場(chǎng)未來之戰(zhàn)，那么拿到最強(qiáng)悍的武器還不夠，如何應(yīng)用才能發(fā)揮最大的效率，只有在實(shí)戰(zhàn)中不斷地積累經(jīng)驗(yàn)才能真正修煉好頂級(jí)武功。從這個(gè)角度看，EUV也正在重新劃定手機(jī)廠商的起跑線。

比如三星7nm EUV工藝出現(xiàn)延遲，就直接導(dǎo)致高通5G芯片無法如期供貨，對(duì)眾多依賴供應(yīng)鏈的手機(jī)廠商造成連環(huán)反應(yīng)，而率先推出并搭載了5G SoC芯片的華為Mate30，則得以憑借在CPU與GPU性能上的巨大差距，率先開啟5G商用場(chǎng)景的功能探索，讓用戶開始品嘗技術(shù)的甘甜。

而具體到用戶端，EUV技術(shù)作為計(jì)算能力的基本保障，也可以起到對(duì)智能硬件的直接推動(dòng)作用。

我們知道，今天要在移動(dòng)終端上完成高性能的AI識(shí)別、推理等任務(wù)，受限于芯片的體積與處理能力，往往需要上傳到云端來完成。這一方面限制了許多應(yīng)用普及的可能性，比如VR、高精度視頻等等；同時(shí)也容易因?yàn)樵频蕉说倪^程，導(dǎo)致隱私泄露、數(shù)據(jù)延遲等一系列隱患。想要打開人工智能在終端的想象力與商業(yè)價(jià)值，EUV對(duì)芯片能效的直接升級(jí)，將是量子計(jì)算到來之前，一切故事的前提。

如果說智能社會(huì)將是一片海量智能設(shè)備與應(yīng)用構(gòu)筑的夢(mèng)幻花園，那么EUV技術(shù)則是澆筑出堅(jiān)固磚石的基礎(chǔ)。所以，盡管突破摩爾定律天花板這個(gè)任務(wù)任重道遠(yuǎn)，卻是一條必須通關(guān)的重要道路。

生成海報(bào)

免責(zé)聲明：此文內(nèi)容為第三方自媒體作者發(fā)布的觀察或評(píng)論性文章，所有文字和圖片版權(quán)歸作者所有，且僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，與極客網(wǎng)無關(guān)。文章僅供讀者參考，并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。投訴郵箱：editor@fromgeek.com。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性，讀者在使用前請(qǐng)進(jìn)一步核實(shí)，并對(duì)任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對(duì)有關(guān)資料所引致的錯(cuò)誤、不確或遺漏，概不負(fù)任何法律責(zé)任。任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識(shí)產(chǎn)權(quán)或存在不實(shí)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)及時(shí)向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實(shí)情況說明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實(shí)情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會(huì)依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實(shí)，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。