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 。
文章插图
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” 。
文章插图
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 。
文章插图
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 。
文章插图
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 。
【光刻机|国产芯片加速前进，“冰刻技术”迎来突破，能否绕开光刻机？】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 。
文章插图
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？
文章插图
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 。
文章插图
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 。
文/BU 审核/子扬 校正/知秋
推荐阅读
- 人工角膜|每70人只有一人等到捐献角膜！国产人工角膜来了！价格是进口十分之一
- 磁悬浮|国产全磁悬浮人工心脏研发成功 净重不到180克
- 芯片|制造芯片能换成沙漠里的沙子吗？为什么？
- 光刻机|余鹏鲲：清华光源对自主光刻机追赶突破意义大吗？
- 中国市场|比芯片更加稀缺，超过95％的中国市场，被海外公司垄断
- 系统性红斑狼疮|解药｜国产系统性红斑狼疮创新药首获批 新在哪里？
- 数字隔离器|小芯片大安全：数字隔离器的前世今生丨智言智语
- 百合|上市了！首批国产百合花种球在延平落地开花
- 沙子|沙子短缺危机加剧全球“芯片荒”？别急，真相是这样
- 天宫空间站|国产天宫空间站即将面世，28国发出申请，美日遭拒