由于引入了多径电子光刻技术，在半导体工业中会出现什么新现象？ 荷兰Mapper Lithography公司提出的创新技术正在缓慢但必定会接近工业应用的水平-并非没有拥有公司相当大份额的Rusnano的帮助。 在使用多径电子光刻的半导体制造中可以做些什么？ 让我们看看。
引言
在过去的五十年中，半导体技术的发展一直遵循所谓的
“摩尔定律”，该
定律由戈登·摩尔（Gordon Moore）于1965年制定：“集成电路芯片上的晶体管数量每24个月翻一番。” 摩尔定律的直接后果是减小了晶体管的关键尺寸（CD），这些尺寸用于命名用于制造集成电路的技术节点。 从制定摩尔定律到今天，CD减少了5,000次：从50微米减少到10 nm。 尽管人们已经预言了摩尔定律的消亡已经有一段时间了（大约在90 nm左右），但尺寸的缩小仍在进行中。 另一方面，很明显，这不能无限期地进行-会出现物理限制-原子的大小是有限的。
但是，向下运动仍在继续（通常称为摩尔）。 由于光刻是半导体技术的关键过程，因此减小尺寸的主要努力集中在此，一个引人注目的例子是由旗舰光刻技术（荷兰公司
ASML ）开发的Extreme Ultra Violet（EUV）
机器 。 该技术的波长为13.5 nm（而现代光刻机的波长为193 nm），这将允许直接打印小于45 nm的技术的CD（目前使用的是多图案技术，其中包括几种光刻和蚀刻操作）。
另一种方法是偏离简单的小型化并将各种新技术添加到标准过程技术中（通常称为摩尔以外的名称）。 这种技术的一个例子是新材料（例如，介电常数低或高的介电体代替氧化硅，铜代替铝，锗代替硅等）； 新的晶体管架构（电压通道，三维门等）； 新的系统解决方案（多核处理器，将数学和图形处理器组合在一个芯片上，等等）。
尽管ASML的EUV技术是摩尔定律的一个明显例子
，但另一家荷兰公司
Mapper Lithography将在两种情况下都使用它：摩尔数更多，摩尔数更多。 在今天的文章中，我们将不讨论高分辨率电子光刻的优势（这是表面上光学光刻的优势），但我们将争辩说，这项技术可以为集成电路制造工艺带来创新。
什么将允许生产多光束电子光刻
电子光刻本身是众所周知的，并且不是什么特别的东西，它被广泛地用于例如光刻的掩模的制造中。 电子光刻的主要缺点是操作速度令人沮丧，它需要花费一个月的时间才能曝光300毫米的印版。 对于常规光刻技术显示的印版生产率每小时超过一百的生产来说，这是不可接受的。
在Mapper光刻机上曝光并显影后的300毫米印版。多径电子光刻同时使用13,000个电子束；每个束都可以独立控制，此外还分为49个子束。 使用13,000射线，您可以每小时打印约10块直径300毫米的印版。 这种机器的成本将比现代光刻设备（带水层的193 nm扫描仪）便宜2-3倍。
多径电子光刻的主要优点是没有掩模-半导体晶片上的图案直接从计算机上转移。 如果可以将经典的光刻与胶片摄影进行比较-从一个底片上打印大量照片，则可以将多光束电子光刻与数字摄影进行比较-直接从计算机到喷墨打印机打印照片。 在第一种情况下，我们获得了具有低可变性的高性能（易于复制许多打印件，但是很难改变底片），在第二种情况下，我们获得了较低的生产率，但是可变性却很高（在计算机上校正文件并不困难）。 另一个很好的类比是压铸和3D打印。
电子光刻和蚀刻后具有42 nm半周期的线。 为了使用经典的光刻技术获得相同的结构，将需要多次曝光/蚀刻操作值得注意的是，该机器的关键元件-电子透镜-是在Rusnano的支持下在俄罗斯一家
小型MEMS工厂生产的 ，这是专门为这些目的而建造的。
考虑到用于现代技术（〜20 nm）的掩模（掩模）的制造过程很长（数月）且昂贵（几百万美元），让我们看看可以在何处使用无掩模光刻技术。
快速开发新产品的原型
如今，新的半导体产品如何发展？ 一家希望在市场上推出新产品的公司首先生产了一种测试光掩模，它为未来的产品提供了几种选择（几个月和几百万美元），制造了许多测试芯片，选择了最佳设计，并订购了具有最佳设计的最终光掩模-这是几个月，几百万美元。
使用MEL安装时如何进行新产品的开发？ 使用新产品测试的一批芯片可能包含成百上千种新芯片的选择，并且对于其制造，您将不需要任何额外的时间来等待光掩模的生产或其他成本。 也就是说，新产品的开发将更快（几个月），更便宜（几百万美元）和更好（新芯片的更多选择）。
在小批量生产中，MEL可用于后续的批量生产；在大规模生产中，您可以根据最佳设计订购光掩模，并从中订购印刷芯片。
制作小系列芯片
立方体卫星 资料来源：Wikipedia CC BY 1.0 ， 链接如果您想制造一百万个芯片-没问题，光罩的成本将分散在大量芯片上，每个芯片的成本不会那么高。 但是，如果您需要一百或一千个筹码？ 例如，您想将纳米卫星的所有电子元件推入您自己独特设计的一个芯片中-这种芯片的成本将是巨大的，因为照片模板的成本（数百万美元）将被分成少量的芯片。 但是，如果您不需要制作照片模板，那么没有人会去制作少量的芯片-如果其余技术（光刻技术除外）变化不大，那么芯片的成本就不会改变太多-在300毫米的板上，一块芯片的成本会从几十到几百美元，取决于大小。
独特的芯片制造
如果使用常规光刻技术制造一小系列独特的芯片非常昂贵，但原则上可行，则原则上不再可能使每个芯片独特。 您为什么需要独特的芯片？ 它们可以用于安全目的（保护可变性不是在软件上而是在硬件级别上创建的）或用于标识目的（唯一的芯片很难伪造）。 很多客户对生产独特芯片的能力产生了兴趣，因此Mapper Lithography的荷兰人创建了一个
特殊站点 。
延长使用200 mm晶圆的老化工厂的寿命
200毫米工厂。 资料来源：英飞凌当前，大多数半导体制造（约60％）使用300毫米晶圆和相关设备。 尽管如此，尽管200mm晶圆的半导体产量份额正在下降，但仍超过20％。 这类工厂的技术先进水平不到300毫米，通常无法使用小于90纳米的工艺来生产晶圆。 决定技术过程的关键设备是光刻设备的安装，这也是最昂贵的。 原则上，可以通过更先进的工艺工艺（45 nm-65 nm）拉动剩余的200 mm生产线，但是一切都取决于光刻技术，而用更先进的工艺（这是300 mm机器）来代替它会花费太多。 在这种情况下，多光束电子光刻可以提供帮助-该设备的成本比现代光刻机便宜几倍，但它可以使用更先进的技术来生产印版，尽管批量不是很大，这将延长200毫米老化工厂的使用寿命。
大型光敏基质的生产
光电矩阵。 来源：维基百科，作者： Filya1-自己的作品， CC BY-SA 3.0 ， 链接众所周知，矩阵的物理尺寸对图像质量的影响大于百万像素的数量。 矩阵的大小由光刻设备的最大视场确定（一次，现代光刻设备将打印与视场相对应的图片，然后移至下一部分，再打印相同的图片，等等）。 如今，最大矩阵尺寸约为20 mm x 20 mm，这与扫描仪的视野相对应，在不久的将来不太可能增加。 公平地讲，我注意到ASML具有将扫描仪的多个字段缝合到一个芯片中的技术，但这并不是那么简单。
由于多径电子光刻的工作原理类似于喷墨打印机，该打印机从一个边缘到另一个逐条打印图片，而不是像照片放大机那样逐步打印整个图片（如在光刻扫描仪中一样），因此通过安装多径电子光刻获得的图像尺寸仅受尺寸限制图案被转移到的半导体晶片（目前为300毫米，将来将为450毫米，但这并不准确。）。 因此，使用多径电子光刻，理论上可以创建半导体晶片尺寸（直径为300毫米）的光矩阵。 显然，这对于大众消费者而言不是必需的，但是例如对于太空望远镜或其他其他应用而言，其中图像质量很重要，尺寸和价格起着次要作用，因此这种矩阵必不可少，并且一些公司对这项技术非常感兴趣。
结论
多径电子光刻技术将开启半导体制造的新篇章。 相较于成型和数码摄影，它类似于3D打印；相较于胶片摄影和底片打印，它类似于喷墨打印机。
我多次听到，多径电子光刻技术无法与经典光刻技术（包括EUV）竞争，而Mapper光刻技术也无法与ASML竞争，由此得出的结论是MEL注定要失败。 如果我同意该声明的第一部分，则同意第二部分-不。 另一方面，如果您稍微看一下MEL和经典光刻的故事，那么MEL就可以与直升飞机进行比较，而经典光刻可以与主飞机进行比较。 似乎这两种技术都是通过航空运载乘客和货物的，但同时它们之间也存在巨大差异。 如果您需要跨海运输数百人，那么您的选择就是主要班轮。 而且，如果您将石油工人转移到海上平台，那么飞机将不再为您提供帮助。 是的，直升机的生产永远不会达到飞机生产的规模，也不会与他们竞争。 但是建立成功的直升机业务是可能的。 因此，随着时间的流逝，多光束电子光刻技术将在半导体制造领域占据一席之地，就像直升机在航空运输中造成的损失一样。