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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。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,便是被其中之一。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°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”。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。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。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。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。在NanoLetter、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?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,需要逐帧对及晶圆表面进行雕刻。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。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

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