9月2日消息，荷蘭(lan)ASML的(de)(de)新一(yi)代極紫外（EUV）光刻機(ji)有(you)公共汽車(che)大小，造(zao)價(jia)1.5億(yi)美(mei)元。其前所未(wei)(wei)有(you)的(de)(de)精度可以讓芯片上的(de)(de)元件尺寸在(zai)未(wei)(wei)來幾年繼續縮小。在(zai)位于美(mei)國(guo)康涅(nie)狄格(ge)州郊區的(de)(de)一(yi)間大型潔凈室里，工程師們已(yi)經開始(shi)為一(yi)臺機(ji)器(qi)制造(zao)關鍵(jian)部件，這臺機(ji)器(qi)有(you)望讓芯片制造(zao)行業(ye)沿著(zhu)摩(mo)爾(er)定(ding)律至少再走上10年時(shi)間。

這(zhe)臺極(ji)紫(zi)外光(guang)刻機(ji)是由荷(he)蘭阿斯麥公司制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)的。阿斯麥于2017年推出世界上第一臺量產的極(ji)紫(zi)外光(guang)刻機(ji)，在芯(xin)片(pian)(pian)(pian)制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)領域發揮(hui)著至關重要的作用(yong)，已經被用(yong)于制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)iPhone手(shou)機(ji)芯(xin)片(pian)(pian)(pian)以及(ji)人工智能處理(li)器等最先進的芯(xin)片(pian)(pian)(pian)。阿斯麥正在康涅狄格州的威爾頓制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)下一代極(ji)紫(zi)外光(guang)刻機(ji)的部分組(zu)件，其使用(yong)新技術(shu)來最小化紫(zi)外線(xian)波長，從而盡(jin)可(ke)能縮(suo)小所制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)的芯(xin)片(pian)(pian)(pian)元(yuan)件尺寸(cun)，最終提高整個芯(xin)片(pian)(pian)(pian)的性能。

新一代(dai)極紫外光刻(ke)機大約(yue)有一輛(liang)公(gong)共汽車(che)那(nei)么大，造價1.5億(yi)美元。整個機器(qi)包(bao)含10萬個部件和(he)2公(gong)里長的(de)電纜。每臺(tai)機器(qi)發貨需(xu)要(yao)40個集(ji)裝(zhuang)箱、3架(jia)貨機或(huo)者20輛(liang)卡車(che)。只有諸如臺(tai)積電、三星和(he)英特爾等少數(shu)公(gong)司能買得起這種機器(qi)。

“這(zhe)真是一臺不可思議的(de)機器，”麻(ma)省理工(gong)學院研究新型晶體管架構(gou)的(de)教授Jesús del Alamo說(shuo)。“這(zhe)絕(jue)對是一款革命性(xing)的(de)產品，是一項突破，將給芯(xin)片(pian)行(xing)業帶來新的(de)生命。” 

在康涅狄格州的工(gong)廠(chang)里，工(gong)程師(shi)們將一塊巨大鋁(lv)材雕刻(ke)成框架(jia)，最(zui)終讓光罩(zhao)以納米級的精度在其間(jian)移(yi)動，反射極紫外光束(shu)。這(zhe)些光束(shu)利用(yong)幾面鏡(jing)子(zi)來回反射，以驚人精度反復(fu)修(xiu)飾打磨，在硅片(pian)上蝕刻(ke)出只有幾十個(ge)原子(zi)大小(xiao)的特征圖(tu)案。

造(zao)好的組件(jian)將(jiang)(jiang)于2021年底(di)運往荷(he)蘭維荷(he)芬(fen)，然后在(zai)(zai)2022年初安裝到新(xin)一(yi)(yi)代極紫外(wai)光刻機(ji)的第一(yi)(yi)臺原型機(ji)中。英(ying)特爾可能會使用這種新(xin)機(ji)器(qi)制(zhi)造(zao)出第一(yi)(yi)批芯(xin)片。英(ying)特爾表(biao)示，預計將(jiang)(jiang)在(zai)(zai)2023年下(xia)線第一(yi)(yi)批芯(xin)片。憑借比以(yi)往任(ren)何機(ji)器(qi)所蝕刻的圖案尺寸更小，讓每個芯(xin)片都有數百億個元件(jian)，這臺機(ji)器(qi)在(zai)(zai)未(wei)來幾年所生產的芯(xin)片應該是史上處(chu)理速度最快、效率最高的。

總之，阿斯麥新(xin)一代極(ji)紫(zi)外(wai)光(guang)刻(ke)機(ji)有望(wang)延續(xu)芯片(pian)制造以(yi)及(ji)整個科技行業不斷(duan)進步的理念，繼續(xu)讓摩爾定律保(bao)持活力。

1965年，電子工程師、英特爾(er)(er)創始人之一(yi)戈(ge)登·摩爾(er)(er)(Gordon Moore)在(zai)行(xing)業(ye)雜(za)志《電子學》35周年特刊上發表了(le)一(yi)篇文章。摩爾(er)(er)在(zai)文章中指出，單(dan)一(yi)硅芯片上的(de)元件數量每年大約翻(fan)一(yi)番，他預計(ji)這一(yi)趨勢將繼續下去。

十年(nian)后，摩(mo)爾(er)將他的預(yu)計從一年(nian)改(gai)為兩年(nian)。近年(nian)來，盡(jin)管制造(zao)技術的不斷(duan)突(tu)破和(he)芯片設計的不斷(duan)創新保持著(zhu)這種(zhong)勢頭(tou)，但摩(mo)爾(er)定律的發展依舊受到(dao)了質(zhi)疑。

極紫外光(guang)刻機(ji)使用特殊的(de)工程技(ji)術來縮小用于(yu)制造(zao)芯片的(de)光(guang)波長，這應該有(you)助于(yu)延續摩爾定律的(de)趨勢。這種(zhong)光(guang)刻技(ji)術對于(yu)制造(zao)更先進的(de)智(zhi)能手機(ji)以(yi)及云計算機(ji)器，還有(you)人(ren)工智(zhi)能、生物技(ji)術和機(ji)器人(ren)等新興技(ji)術的(de)發展都至關重要。“摩爾定律的(de)消(xiao)亡被過分夸大(da)了(le)，”Jesús del Alamo說。“我認為(wei)這仍將持續相(xiang)當(dang)長一段時間(jian)。”

喬治敦(dun)大學(xue)研(yan)究芯片制(zhi)(zhi)造的研(yan)究分析師(shi)威(wei)爾·亨特（Will Hunt）表示：“沒有阿斯麥的機器，就不可能制(zhi)(zhi)造出先進芯片。”“很多東西都要經過年復一(yi)年的調整和試驗，而(er)這些都是非常(chang)困(kun)難的。”

他說，極(ji)(ji)紫外光刻機的每個(ge)部件(jian)都“極(ji)(ji)其(qi)復雜(za)，復雜(za)得令人吃驚”。

制造芯片(pian)(pian)(pian)(pian)通常需要一些(xie)世界上(shang)最先進的(de)(de)工(gong)程技術(shu)。芯片(pian)(pian)(pian)(pian)最初是一個圓(yuan)柱形(xing)的(de)(de)硅晶體，其先是被切成薄片(pian)(pian)(pian)(pian)，然后(hou)薄片(pian)(pian)(pian)(pian)再涂上(shang)一層光敏(min)材料(liao)，反復暴露在已經設(she)定好圖案的(de)(de)光束下(xia)。沒(mei)有被光接觸的(de)(de)硅部(bu)分被化學(xue)反應(ying)蝕刻掉，從而繪制出芯片(pian)(pian)(pian)(pian)元件的(de)(de)復雜細節(jie)。然后(hou)每塊(kuai)晶片(pian)(pian)(pian)(pian)被切成許多(duo)單(dan)獨(du)的(de)(de)芯片(pian)(pian)(pian)(pian)。

目前而言(yan)，不(bu)斷縮小芯(xin)片(pian)(pian)元件尺寸仍(reng)然是從一塊硅片(pian)(pian)中(zhong)擠出(chu)更多計(ji)算能力的最可靠方法，因為芯(xin)片(pian)(pian)上封裝(zhuang)的電(dian)子(zi)元件越(yue)多，計(ji)算能力就越(yue)高。

芯(xin)(xin)片架(jia)構和元件設計方面的許多創新也使摩爾(er)定(ding)律得以延續(xu)。例如今年5月份，IBM展示了一(yi)種新型晶體管，像絲帶一(yi)樣夾(jia)在(zai)(zai)硅(gui)片內部，可(ke)以在(zai)(zai)不(bu)降低光刻分辨率的情況(kuang)下將更多元件封(feng)裝到(dao)芯(xin)(xin)片中。

但是，從20世紀60年代(dai)開始，有效縮短制造芯(xin)片的光束(shu)波長(chang)有助(zhu)于推動芯(xin)片元件(jian)小(xiao)型化，這對芯(xin)片性能提升至關(guan)重要。先是使(shi)用可見光的機(ji)器(qi)被(bei)使(shi)用近紫(zi)外線(xian)(xian)的機(ji)器(qi)所取(qu)代(dai)，而近紫(zi)外線(xian)(xian)的機(ji)器(qi)又讓位于使(shi)用深紫(zi)外線(xian)(xian)的系統，以便在硅片上蝕刻出更小(xiao)的圖(tu)案特征。

20世紀90年代(dai)，英特爾(er)、摩托羅拉、AMD等(deng)公司(si)開始合作(zuo)研究極紫(zi)(zi)外線(xian)，并將其作(zuo)為新一代(dai)光(guang)刻(ke)(ke)技(ji)術(shu)。阿(a)斯麥于1999年加入進來，努力開發第一臺(tai)極紫(zi)(zi)外光(guang)刻(ke)(ke)機。與之前(qian)的(de)深紫(zi)(zi)外線(xian)光(guang)刻(ke)(ke)技(ji)術(shu)(193納米）相(xiang)比，極紫(zi)(zi)外光(guang)刻(ke)(ke)技(ji)術(shu)的(de)光(guang)束波長更短，只有(you)13.5納米。

但人(ren)類解決工程上(shang)的(de)(de)(de)挑戰花了幾十年時間。如何產(chan)生極紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)本身(shen)就是(shi)一個大問題。阿斯(si)麥(mai)的(de)(de)(de)方(fang)法是(shi)將高功率激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)以(yi)每(mei)秒50000次(ci)的(de)(de)(de)速度(du)轟擊錫滴，產(chan)生強度(du)足夠高的(de)(de)(de)極紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。普(pu)通鏡片也會吸收極紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)，因此極紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻機使用涂有特殊材料(liao)的(de)(de)(de)精確鏡面(mian)(mian)代替。在(zai)阿斯(si)麥(mai)極紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻機內部，極紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)在(zai)穿過光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)罩之前會經過幾面(mian)(mian)鏡子的(de)(de)(de)反射，而(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)罩則以(yi)納(na)米級的(de)(de)(de)精度(du)移動，為的(de)(de)(de)是(shi)對齊硅片上(shang)的(de)(de)(de)不同層。

“說實(shi)話，沒有人真的(de)想(xiang)用極紫外光，”行業研究公(gong)司Real World Technologies芯片分析師(shi)大(da)衛·坎特(David Kanter)說。“它比原計劃晚(wan)了20年，超出預算10倍。但如(ru)果你想(xiang)制造(zao)非常致密的(de)結構，它是你唯一的(de)工具。”

阿斯麥新(xin)一(yi)代極紫(zi)外光刻機采用(yong)更大的(de)數值(zhi)孔(kong)(kong)徑來(lai)進一(yi)步縮小(xiao)芯(xin)片(pian)上的(de)元件(jian)尺寸。這(zhe)種方式(shi)允許光線以不(bu)同角度穿過光罩，從(cong)而增加圖(tu)案成像(xiang)的(de)分辨率(lv)。這(zhe)就需要更大的(de)鏡子和新(xin)的(de)軟硬(ying)件(jian)來(lai)精確控制組件(jian)蝕(shi)刻。阿斯麥當前一(yi)代極紫(zi)外光刻機可以制造出分辨率(lv)為13納米(mi)的(de)芯(xin)片(pian)。新(xin)一(yi)代極紫(zi)外光刻機將使用(yong)更高數值(zhi)孔(kong)(kong)徑來(lai)制作8納米(mi)大小(xiao)的(de)特征圖(tu)案。

目前臺(tai)積電在芯片制造過程中使用的就(jiu)是(shi)極紫外(wai)光刻技術。其(qi)客戶包括蘋果、英(ying)偉達和英(ying)特(te)爾。英(ying)特(te)爾在采用極紫外(wai)光刻技術方(fang)面進展緩(huan)慢，結(jie)果落后于競(jing)爭對手，因此最近決定將部分(fen)生(sheng)產外(wai)包給臺(tai)積電。

阿(a)斯麥(mai)似乎(hu)并不認為其光刻機會(hui)落后(hou)。

“我(wo)不喜歡(huan)談(tan)論(lun)摩(mo)爾定(ding)律的終(zhong)結(jie)，我(wo)喜歡(huan)談(tan)論(lun)摩(mo)爾定(ding)律的幻象，”阿斯麥首席技(ji)術官(guan)馬(ma)丁·范登·布林克(ke)(Martin van den Brink)表示。

范登(deng)布林(lin)克指出(chu)，摩爾1965年發表的那篇文章實際(ji)上更關注(zhu)創新(xin)進程，而不僅(jin)僅(jin)是芯片元(yuan)件尺寸的縮小(xiao)。盡管范登(deng)布林(lin)克預(yu)計至少在(zai)未來10年里，高數值孔徑極(ji)紫外(wai)光刻技術將繼(ji)續推動芯片行業的進步，但他認為使用光刻技術縮小(xiao)芯片元(yuan)件尺寸會(hui)變得沒有那么重要。

范登布林克說(shuo)，阿斯麥已(yi)經開(kai)始(shi)研究(jiu)極紫外光(guang)刻的后繼技(ji)術，包括電子(zi)束和(he)納米壓印光(guang)刻，但目(mu)前尚未(wei)發現任何(he)一(yi)種(zhong)技(ji)術足夠可靠，值得(de)(de)投入大量(liang)資金(jin)。他(ta)預測，在(zai)考慮熱穩定性和(he)物理干擾(rao)的同時，加快光(guang)刻機產量(liang)將有助于提(ti)高芯(xin)片(pian)產量(liang)。即(ji)使芯(xin)片(pian)速度沒有變得(de)(de)更快，這種(zhong)方法(fa)也會(hui)讓最先進的芯(xin)片(pian)更便宜更普及。

范(fan)登布林(lin)克補充(chong)說(shuo)，包括(kuo)在芯(xin)片上(shang)縱向(xiang)制造(zao)元件的(de)制造(zao)技術應該會繼續提高(gao)(gao)芯(xin)片性能(neng)。英特(te)爾和其(qi)他公(gong)司(si)已經開(kai)始(shi)這樣做(zuo)了。臺積電執行董事長劉德音曾(ceng)表示，未來20年(nian)芯(xin)片的(de)綜合(he)性能(neng)和效(xiao)率(lv)每年(nian)能(neng)提高(gao)(gao)三倍。

主(zhu)要挑戰在(zai)于全世界對更快芯片的(de)需求不(bu)太(tai)可(ke)能下降。普渡大學教授(shou)馬克·倫(lun)德斯特倫(lun)(Mark Lundstrom)早在(zai)20世紀70年代開(kai)始在(zai)芯片行業工作(zuo)，他在(zai)2003年為《科學》雜志(zhi)撰寫了(le)(le)一篇(pian)文章，預(yu)言(yan)摩爾定律將在(zai)10年內達到物理極(ji)限。他說(shuo)：“在(zai)我(wo)的(de)職業生(sheng)涯中，我(wo)們曾多次(ci)想(xiang)，‘好吧，這就結束了(le)(le)。’”“但在(zai)未來10年內，沒有任何放緩的(de)危險。我(wo)們只是在(zai)另辟蹊徑。”

倫德斯特羅姆還記得他(ta)(ta)第一次參加(jia)微芯(xin)片會議是在(zai)1975年。“有(you)個叫(jiao)戈登(deng)·摩爾(er)的家伙在(zai)做(zuo)演講，”他(ta)(ta)回憶(yi)道。“他(ta)(ta)在(zai)技術社區中很(hen)有(you)名，但其他(ta)(ta)人都不(bu)認識他(ta)(ta)。”

“我還記得他的演講，”倫德斯特倫補充道。“摩爾說，‘我們很快就能在一塊芯片上安裝1萬個晶體管’。他還說，‘當一個芯片上有了1萬個晶體管，人們有什么不能做呢？’”（來源：網易科技）

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