【專題 | 「光刻機」光刻技術_ASML光刻機_國產光刻機_EUV光刻機】

國內的光刻機企業和國外的企業相比差距巨大，但是在這樣的發展背景下，國內的光刻機技術也在實現不斷的突破。

國內光刻機企業介紹

上海微電子裝備(SMEE)

作為國內光刻設備的龍頭企業，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，是國內首家半導體直寫光刻設備制造商。該公司自主研發的ATD4000，已經實現最高200nm的量產。

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合業內資深技術團隊、產業基金共同發起成立的專業微電子裝備高科技企業。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)，已經實現最高200nm的量產。

光刻機技術發展進程

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，由數十塊鍋底大的鏡片串聯組成，其光學零件精度控制在幾個納米以內，ASML公司的鏡頭組由老牌光學儀器公司德國蔡司獨家生產。該項技術由生產遙感衛星鏡頭的長春光機所和國防科技大學光學精密工程創新團隊等聯合攻關，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，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，已批量生產110nm節點KrF曝光光學系統，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，這些參數互相矛盾，研制難度極大，目前經兼并組合后，全世界只有一家日本公司獨立生產光源，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任務后，經9年努力，已完成國內首臺 “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品生產能力建設”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(相當于頭發絲直徑的三萬分之一)的運動精度。

國內光刻機技術發展現狀

5月24日“極大規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，達到了任務書中規定的材料和裝備的考核指標。項目共申請發明專利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年研發出22納米。2015年出45納米的并且65納米的產業化。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，用于光刻機的固態深紫外光源也在研發，我國的光刻機研發是并行研發的，22納米光刻機用到的技術也在研發，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。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，幫助縮短顯影研發周期，節省研發成本，為確定不同條件下最優工藝參數提供建議。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，穩定性高的高端國產芯片。

現階段國內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不斷投入，實現在芯片市場的突破。

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