光刻機(jī)是我國(guó)芯片制造業(yè)一大痛點(diǎn)，目前，在EUV光刻機(jī)賽道中，僅有ASML一個(gè)玩家。

然而，受到《瓦爾森協(xié)定》的約束，ASML無(wú)法向中國(guó)大陸出售EUV光刻機(jī)。可以說(shuō)，光刻機(jī)的短缺狠狠卡住了中國(guó)芯片的脖子。

為了實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)芯片自主可控，不少研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始探索一種繞開(kāi)光刻機(jī)的方法。西湖大學(xué)研發(fā)的冰式光刻機(jī)，便是其中之一。

冰刻機(jī)工作原理及過(guò)程

冰刻機(jī)的物理依據(jù)十分簡(jiǎn)單：在零下將近140°的真空環(huán)境中，水可以直接凝結(jié)成冰。冰刻機(jī)便是依據(jù)水遇冷凝結(jié)的原理，來(lái)實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)的功能。

據(jù)冰刻機(jī)研究人員介紹，在樣品放入真空設(shè)備后，首先要進(jìn)行降溫處理，之后便會(huì)注入水蒸氣，使得樣品上凝華出薄冰，形成一層“冰膠”。

這層“冰膠”，便代替了傳統(tǒng)芯片制造中光刻膠的作用。值得注意的是，冰刻膠并不是普通冰，而是兼具光刻膠與冰特性的新型化學(xué)合成冰。

被電子束打到的冰會(huì)瞬間氣化，從而直接雕刻出冰膜板。再經(jīng)過(guò)一系列加工步驟，由冰刻而成的芯片便成功亮相。

冰刻機(jī)優(yōu)勢(shì)

與光刻機(jī)相比，冰刻機(jī)的優(yōu)勢(shì)頗多。

一是，冰刻機(jī)解決了光刻膠的多項(xiàng)短板。

在傳統(tǒng)芯片制造過(guò)程中，第一步便是要將光刻膠均勻涂抹在樣品之上。這一過(guò)程一旦做不好，生產(chǎn)過(guò)程中就容易出問(wèn)題。

而且，光刻膠對(duì)所涂抹樣品的材質(zhì)、面積都有要求，不能太小或太脆弱。

而冰刻膠則要“隨意”許多。水蒸氣可以包裹在任意形狀的表面，而且其十分輕盈，不會(huì)對(duì)加工材料造成影響。

另外，使用冰刻膠還能直接省去化學(xué)試劑清洗形成的模具的步驟，不會(huì)出現(xiàn)因光刻膠殘留，致使良品率低下的問(wèn)題。

二是，冰刻技術(shù)更加清潔。

在傳統(tǒng)芯片生產(chǎn)過(guò)程中，需要多次用化學(xué)試劑對(duì)光刻膠進(jìn)行沖洗，而冰刻技術(shù)則不需要這一點(diǎn)。

因?yàn)椋谌诨虺蔀樗魵夂螅銜?huì)消失的無(wú)影無(wú)蹤。如此一來(lái)，便能夠大大降低洗膠造成的污染。

如今，西湖大學(xué)納米光學(xué)與儀器技術(shù)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人仇旻及其團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)在該領(lǐng)域攻克8年之久，諸多成績(jī)已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)。

在Nano Letter、Nanoscale等期刊上，團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一系列研究成果。

如今，其已經(jīng)研發(fā)出我國(guó)首臺(tái)“冰刻”系統(tǒng)已經(jīng)；目前，冰刻系統(tǒng)2.0也在全力研發(fā)之中。未來(lái)，在三位維納加工上，冰刻技術(shù)或有更廣泛的應(yīng)用。

仇旻及其團(tuán)隊(duì)用一次次實(shí)驗(yàn)證明，冰刻技術(shù)并不是異想天開(kāi)，而是切實(shí)可行。

冰刻技術(shù)能否繞開(kāi)光刻機(jī)？

那么，冰刻技術(shù)有這么多優(yōu)勢(shì)，能否助力國(guó)產(chǎn)芯片繞開(kāi)光刻機(jī)呢？

答案是還不能，目前冰刻機(jī)還處在實(shí)驗(yàn)室階段，距離商用道路漫漫。而且，冰刻機(jī)還有兩大難題需要攻克。

第一，生產(chǎn)效率難提升。

冰刻機(jī)采用電子束加工，需要逐幀對(duì)晶圓表面進(jìn)行雕刻。與光刻機(jī)相比，在效率上有明顯的落后。

第二，確保雕刻精度難題。

冰刻機(jī)工作原理聽(tīng)起來(lái)雖然簡(jiǎn)單，但實(shí)際操作起來(lái)卻有許多棘手難題，忽略任何一個(gè)小細(xì)節(jié)，都會(huì)對(duì)雕刻的精度產(chǎn)生影響。僅注入水蒸氣這一步，研究團(tuán)隊(duì)就進(jìn)行了無(wú)數(shù)次試驗(yàn)。

因而，在冰刻機(jī)商業(yè)化這條道路上，還有些不少的阻礙需要解決。

寫在最后

如今，全球僅有兩家做冰刻的實(shí)驗(yàn)室，其中一家便在西湖大學(xué)。沒(méi)有前人經(jīng)驗(yàn)作為指導(dǎo)，冰刻機(jī)的研發(fā)只能摸著石頭過(guò)河，十分艱難。

這注定是一條孤獨(dú)的道路，而且前路冰刻機(jī)前路究竟如何，還是一片未知。

即便如此，仇旻仍對(duì)冰刻技術(shù)抱有極大熱情，他表示這是項(xiàng)令人激動(dòng)的新技術(shù)。他認(rèn)為，冰刻技術(shù)將解決光刻無(wú)法解決的難題，并開(kāi)辟出全新的科學(xué)交叉和研究方向。

冰刻機(jī)的前路究竟如何，就讓我們拭目以待。
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