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图说光刻机的4大核心技术

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7nm LPP EUV实际产品中EUV和ArFi的对比

1. 实际的光刻机简要系统

2. 7LPP是什么意思?

台积电的"7LPP"中"LPP"代表"Low Power Plus",即"低功耗增强版"。7LPP是台积电7纳米工艺的一个变种,主要特点是在保持高性能的同时,进一步优化了功耗表现。

7LPP工艺通过改进晶体管设计和制程技术,实现了比前代7纳米工艺更低的功耗和更高的晶体管密度。具体来说,台积电的7LPP工艺相较于10纳米工艺,可以缩小多达40%的芯片面积,速度提高20%,并降低50%的功耗。这表明7LPP工艺在性能、功耗和面积(PPA)方面都有显著的提升。这使得7LPP工艺非常适合那些对能效有较高要求的应用,如智能手机、高性能计算等。

在7LPP之后,台积电又陆续推出了N7+、N5等更先进的工艺。

3. EUV光刻机和ArFi光刻机的区别

说明:而第五代叫做ArFi,前面三个字母相同,因为采用的也是193nm光源,但这种又与ArF不一样,之前所有的光刻机其介质采用的是空气,但到了ArFi时,采用的是水。I就是浸没式的意思,Immersion的缩写。光线在经过水时,会有折射,所以虽然ArFi光刻机采用193nm波长光源,等经水折射时,等效于134nm波长的光源,所以这种光刻机,叫做浸润式光刻机。

EUV(极紫外光刻):EUV代表"Extreme Ultraviolet Lithography",即极紫外光刻技术。它使用波长大约为13.5纳米的极紫外光进行芯片制造过程中的光刻过程。

由于EUV光的波长远远小于传统光刻技术使用的波长,EUV光刻技术能够实现更高的分辨率和更小的特征尺寸,这使得它非常适合用于制造7纳米及以下工艺节点的集成电路。EUV光刻技术是当前最尖端的光刻技术,它允许芯片制造商继续按照摩尔定律缩小晶体管尺寸,提高芯片的性能和能效。

ArFi(ArF浸没式光刻):ArFi是"Argon Fluoride Immersion Lithography"的缩写,指的是使用ArF(氟化氩)激光源的浸没式光刻技术。ArFi光刻技术使用193纳米波长的光源,通过浸没式在光刻机镜头和硅片之间使用液体(通常是水)作为介质,来提高光的分辨率。

这种技术允许在45纳米及更大工艺节点的芯片制造中实现更高的精度。ArFi是DUV(深紫外线)光刻技术的一种,它是在EUV技术成熟之前,用于实现更高分辨率的一种过渡技术。

4. 掩膜版

"Single Patterning"(单次光刻)和"Multi-Patterning"(多重光刻)是两种不同的光刻图案化技术,它们用于在硅片上创建复杂的集成电路图案。

Single Patterning(单次光刻):这是一种传统的光刻技术,其中整个电路图案可以通过一次光刻过程来完成。使用单个掩模版(mask),通过光刻机将图案一次性转移到光刻胶上。

单次光刻过程相对简单,成本较低,适用于较大的特征尺寸,例如90纳米或更大的工艺节点。

Multi-Patterning(多重光刻):随着集成电路特征尺寸的不断缩小,单次光刻技术逐渐无法满足更高精度的要求,因此发展出了多重光刻技术。多重光刻技术需要多次光刻和刻蚀步骤来创建更小的特征尺寸。

例如,双重光刻(Double Patterning)会使用两次光刻和刻蚀过程,通过不同的掩模版来创建更小的线宽或间距。多重光刻技术可以进一步扩展为四重(Quad Patterning)或更多次数的光刻,以实现更高的集成度和更小的特征尺寸。

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