微米和纳米科技材料

国产光刻机越来越近了。是的,ASML越来越近了

自从2007年开始,国内科研机构、半导体企业,就在不断加大在光刻机领域的研发投入。2020年,中科院白春礼院长就曾表示,将部署光刻机等“卡脖子”领域攻关。可见,国内始终在坚持自研光刻机,且慢慢地有了很多突破,加速了光刻机的国产化。

如今,国内都有哪些光刻机技术突破?这些技术突破是否标志着光刻机国产化不远了?

国内光刻机技术的突破

大家应该还记得,2022年1月时,阿斯麦CEO温彼得曾表示,我国不太可能独立复制出顶尖光刻机技术,但并不是绝对不可能,因为我们肯定会尝试的。

他说得不错,我们肯定会尝试,并且会逐一攻克关键技术。最值得关注的是,EUV光刻机中的三大核心技术:双工件台、光源(激光)系统、物镜系统,这三个方面国内科企和科研机构都有了重要的技术突破。

1、双工件台

华卓精科自2012年成立,用了10年的时间,在“双工件台”技术方面,取得了重大突破。2016年,华卓精科与清华大学共同研制出两套光刻机双工件台掩膜台系统α样机,并成功通过验收。2020年4月,华卓精科向上海微电子发货首台DWS双工件台,应用制程达到65nm;2021年6月,完成28nm制程ArFi光刻机的DWSi系列双工件台的详细设计,已在样机制造集成调试阶段。

这项技术的重要性,不言而喻,加上华卓精科全世界只有两家拥有该技术。因此,攻破“双工件台”技术的壁垒,不仅打破了国外的技术垄断,更为国产光刻机的研发提供了技术保证。

2、光源系统技术

国内研究光刻机的光源系统技术,属北京科益虹源最为成熟,也成功掌握了193nm ArF准分子激光器制造,可用于28nmDUV光刻机上。另外,中科院上海光学所的田野研究员,2021年6月2日曾公开表示,北京科益虹源正在努力攻克13.5nm波段光源技术,推进13.5nm EUV光刻光源的发展。

在光刻机光源技术方面,清华大学也贡献了自己的一份力量,2021年2月,清华大学及其合作单位,完成了新型粒子加速器光源稳态微聚束(ssmb)的首个原理验证实验。基于ssmb,能获得高功率、高中频、窄带宽的相干辐射,波长可覆盖从太赫兹到极紫外波段。简单来说,就是它可提供大功率的EUV光源,能够作为未来EUV光刻机需要的光源。

对于EUV光刻机来说,光源是最核心的技术,国内能够有这样的突破,极大的推动了国产光刻机的研究发展。

3、光学镜头(物镜技术)

光学镜头是核心技术当中,最有难度的一个,因为光刻机的镜头对光学镀膜要求非常高。特别是对EUV光刻机上镜头镜片的打磨加工,镜面光洁度不得超过0.05nm,能达到EUV光学镜头要求的,前期只有德国的卡尔蔡司。

不过,国内的长春国科精密已成功生产出90nm DUV光刻机镜头,正在突破28nm节点;国望光学也在研发28nm的ArF浸没式光刻曝光光学系统。

此外,在EUV光学镜头方面,国内也传来好消息:首先,长春光机所研制的32nm EUV光刻曝光装置也已经验收,这将可以应用在先进的光刻机上;第二,北京大学近期成功掌握了扫描透射电子显微镜技术,也是更先进的EUV物镜制程技术,突破了传统谱学在纳米尺度表征晶格动力学的局限,实现了半导体异质结晶面处局域声子模式的测量。

也就是说,国内的DUV和EUV光学镜头,都在不同的研究道路上,有所突破。这些技术的研发成功,填补了国产光刻机的核心技术空白,有利于加快国产光刻机的研发速度。

光刻机国产化不远了么?

通过上面的技术攻关,可以看得出,在光刻机的核心领域里,国内科企、科研机构,都有了很多技术突破。而这些技术,都为国内光刻机自主研发提供了技术保障,有利于早日实现光刻机国产化。

不过,这些核心技术的突破,还不能够保证研发高端光刻机。因为,高端光刻机对精度的要求非常的高,就以ASML的EUV光刻机来说,它有十万多个零部件,三千多根线路,以及长达2公里的短软管。而且,这些零部件来自世界上35个国家、5000多家企业,并且很多零部件技术都是顶尖的、独有的。

​因此,如果要实现高端极紫外光刻机的国产化,我们还需要有更多的科企,加入到光刻机的供应链里。只有建立成熟的供应链生态圈,才能够实现高端光刻机的全部国产化,这是一条虽远但必须要走的路。

但是,正因为这些核心技术逐一被突破了,国内成熟制程的光刻机,有望实现国产化了。这些核心技术应用在上海微电子研制的28nm DUV光刻机上能用来生产14nm芯片,如果再加上N 1工艺实现多重曝光,理论上还能生产7nm芯片。据悉,上海微电子的28nm就一直在传未能验收通过,但随着技术的逐一突破,还是有望尽快迎来组装下线。

因此,可以说是成熟制程上的国产光刻机不远了,高端光刻机还在进一步加快步伐研发着。只要能够坚持自给自足,构建成熟的产业链,加大研发投入,那么国产光刻机就真的不远了。

​结束语

国内光刻机的相关技术,正在逐一被突破,这离不开科企和科研机构的长期研发投入。其实,也不难看出,只要各项技术环节都在攻坚,那么必然能够实现国产光刻机的突破。

也许有人会认为,没造出高端光刻机之前,一切都是空谈。但笔者却认为,如果不能坚定不移、信心十足地自研每项技术,那如何去实现更远大的目标呢?相信不久的将来,我们可以研究出更先进的光刻机,或许就是EUV光刻机。

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