【專題 | 「光刻機」光刻技術_ASML光刻機_國產(chǎn)光刻機_EUV光刻機】

國內(nèi)的光刻機企業(yè)和國外的企業(yè)相比差距巨大，但是在這樣的發(fā)展背景下，國內(nèi)的光刻機技術也在實現(xiàn)不斷的突破。

國內(nèi)光刻機企業(yè)介紹

上海微電子裝備(SMEE)

作為國內(nèi)光刻設備的龍頭企業(yè)，由于起步較晚且技術積累薄弱，目前最先進的光刻設備也只能提供最高90mn的工藝技術。單從指標上看，基本也和ASML的低端產(chǎn)品PAS5500系列屬于同一檔次。

合肥芯碩半導體有限公司

合肥芯碩半導體有限公司成立與2006年4月，是國內(nèi)首家半導體直寫光刻設備制造商。該公司自主研發(fā)的ATD4000，已經(jīng)實現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn)。

無錫影速半導體科技有限公司

無錫影速成立與2015年1月，影速公司是由中科院微電子研究所聯(lián)合業(yè)內(nèi)資深技術團隊、產(chǎn)業(yè)基金共同發(fā)起成立的專業(yè)微電子裝備高科技企業(yè)。影速公司已成功研制用于半導體領域的激光直寫/制版光刻設備、國際首臺雙臺面高速激光直接成像連線設備(LDI)，已經(jīng)實現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn)。

光刻機技術發(fā)展進程

光刻機的關鍵核心技術，第一道難關是光刻機的曝光光學系統(tǒng)，由數(shù)十塊鍋底大的鏡片串聯(lián)組成，其光學零件精度控制在幾個納米以內(nèi)，ASML公司的鏡頭組由老牌光學儀器公司德國蔡司獨家生產(chǎn)。該項技術由生產(chǎn)遙感衛(wèi)星鏡頭的長春光機所和國防科技大學光學精密工程創(chuàng)新團隊等聯(lián)合攻關，已獲得多項突破性成果。成功研制了含有非球面光學元件的投影光刻曝光光學系統(tǒng)，并在上海微電子90nm光刻機整機上獲得了滿足光刻工藝要求的85nm極限曝光分辨率的成果，并全面掌握了浸沒式28nm光刻機以及更高水平的光刻機曝光光學系統(tǒng)，已批量生產(chǎn)110nm節(jié)點KrF曝光光學系統(tǒng)，值得一提的是，更短波長的極紫外EUV投影光刻機曝光光學系統(tǒng)也成功突破，獲得EUV 投影光刻32 nm 線寬的光刻膠曝光圖形。

第二道難關是光刻機的激光光源，光刻用準分子激光器光源需要窄線寬、大能量和高脈沖頻率，這些參數(shù)互相矛盾，研制難度極大，目前經(jīng)兼并組合后，全世界只有一家日本公司獨立生產(chǎn)光源，其余皆被ASML公司收購。我科學院光電研究院等承擔光刻機中的ArF準分子激光光源研發(fā)任務后，經(jīng)9年努力，已完成國內(nèi)首臺 “65納米 ArF 步進掃描雙工件臺光刻機曝光光源”制造任務和 “45納米以下浸沒式曝光光源研制與小批量產(chǎn)品生產(chǎn)能力建設”任務。以及20-40瓦 90納米光刻機 ArF曝光光源批量化生產(chǎn)任務。第三道難關是光刻機工件臺，為將設計圖形制作到硅片上，并能在2~3平方厘米的方寸之地集成數(shù)十億只晶體管， 光刻機工件臺在高速運動下需達到2nm(相當于頭發(fā)絲直徑的三萬分之一)的運動精度。

國內(nèi)光刻機技術發(fā)展現(xiàn)狀

5月24日“極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝”專項(02專項)項目“極紫外光刻膠材料與實驗室檢測技術研究”完成了EUV光刻膠關鍵材料的設計、制備和合成工藝研究、配方組成和光刻膠制備、實驗室光刻膠性能的初步評價裝備的研發(fā)，達到了任務書中規(guī)定的材料和裝備的考核指標。項目共申請發(fā)明專利15項(包括國際專利5項)，截止到目前，共獲得授權專利10項(包括國際專利授權3項)。

中國目前有90納米，用90納米的升級到65納米不難。但是45納米就是一個技術臺階了。45納米的研發(fā)比90納米和65納米難很多。如果解決了45納米那個可以升級到32納米不難。但是下一步升級到22納米，不能直接45納米升級到22納米了。22納米用到了很多新的技術。

中國16個重大專項中的02專項提出光刻機到2020年研發(fā)出22納米。2015年出45納米的并且65納米的產(chǎn)業(yè)化。45納米是目前主流的光刻機工藝，包括32納米的還有28納米基本都是在45納米的侵入深紫外光刻機上面改進升級來的。所以中國掌握45納米的很重要。45納米光刻機是一個很重要的臺階，達到這個水平后，在45納米光刻機上面進行物鏡和偏振光升級可以達到32納米。

另外，用于光刻機的固態(tài)深紫外光源也在研發(fā)，我國的光刻機研發(fā)是并行研發(fā)的，22納米光刻機用到的技術也在研發(fā)，用在45納米的升級上面。還有電子束直寫光刻機，納米壓印設備，極紫外光刻機技術也在研發(fā)。對光刻膠升級，對折射液升級，并且利用套刻方法可以達到22納米到14納米甚至10納米的水平。相應的升級的用的光刻膠，第3代折射液等也在相應的研發(fā)中。

此前，中國科學院大學微電子學院與中芯國際集成電路制造有限公司在產(chǎn)學研合作中也取得新進展，成功在光刻工藝模塊中建立了極坐標系下規(guī)避顯影缺陷的物理模型。通過該模型可有效減小浸沒式光刻中的顯影缺陷，幫助縮短顯影研發(fā)周期，節(jié)省研發(fā)成本，為確定不同條件下最優(yōu)工藝參數(shù)提供建議。該成果已在國際光刻領域期刊Journal of Micro-Nanolithography MEMS and MOEMS發(fā)表。這意味著我國在微電子技術領域再次邁出了堅實的一步，縮小了與全球在該領域的差距。

中科院光電技術研究所研制的光刻機是在365nm波長的DUV光源下，單次曝光最高線寬分辨率達到22nm，相當于1/17波長。對于很多略懂科技的人員來說，我們都知道22nm的光刻技術其實在幾年前就被使用，如果單拿22nm來說此次光電技術研究所的成就并不足夠震撼，但如果與全球領先的荷蘭ASML的尖端集成電路光刻機對比我們會發(fā)展，ASML使用的是采用EUV光刻機的13.5nm光源，加工極限為7nm，而我國的光刻機采用的是DUV下的365nm光源，加工出了22nm的分辨率，這意味這我國研制的光刻機打破了傳統(tǒng)的衍射極限，采用一種新的原理理念驗證了表面等離子光刻加工的可行性。

中國目前的光刻機技術還在起步探索階段，雖然取得了一些小成就，但離國外先進技術差距還很大，希望通過目前科研人員的努力，能真正用上性能強，穩(wěn)定性高的高端國產(chǎn)芯片。

現(xiàn)階段國內(nèi)的光刻機技術還處于初期階段，之后還需要科研人員在光刻機方面繼續(xù)不斷投入，實現(xiàn)在芯片市場的突破。

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