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国内光刻机主要厂商技术进展和面临问题介绍

五度易链 2019-04-16 2741 0

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国内的光刻机企业和国外的企业相比差距巨大,但是在这样的发展背景下,国内的光刻机技术也在实现不断的突破。


国内的光刻机企业和国外的企业相比差距巨大,但是在这样的发展背景下,国内的光刻机技术也在实现不断的突破。

国内光刻机企业介绍

上海微电子装备(SMEE)

作为国内光刻设备的龙头企业,由于起步较晚且技术积累薄弱,目前最先进的光刻设备也只能提供最高90mn的工艺技术。单从指标上看,基本也和ASML的低端产品PAS5500系列属于同一档次。

合肥芯硕半导体有限公司

合肥芯硕半导体有限公司成立与2006年4月,是国内首家半导体直写光刻设备制造商。该公司自主研发的ATD4000,已经实现最高200nm的量产。

无锡影速半导体科技有限公司

无锡影速成立与2015年1月,影速公司是由中科院微电子研究所联合业内资深技术团队、产业基金共同发起成立的专业微电子装备高科技企业。影速公司已成功研制用于半导体领域的激光直写/制版光刻设备、国际首台双台面高速激光直接成像连线设备(LDI),已经实现最高200nm的量产。

光刻机技术发展进程

光刻机的关键核心技术,第一道难关是光刻机的曝光光学系统,由数十块锅底大的镜片串联组成,其光学零件精度控制在几个纳米以内,ASML公司的镜头组由老牌光学仪器公司德国蔡司独家生产。该项技术由生产遥感卫星镜头的长春光机所和国防科技大学光学精密工程创新团队等联合攻关,已获得多项突破性成果。成功研制了含有非球面光学元件的投影光刻曝光光学系统,并在上海微电子90nm光刻机整机上获得了满足光刻工艺要求的85nm极限曝光分辨率的成果,并全面掌握了浸没式28nm光刻机以及更高水平的光刻机曝光光学系统,已批量生产110nm节点KrF曝光光学系统,值得一提的是,更短波长的极紫外EUV投影光刻机曝光光学系统也成功突破,获得EUV 投影光刻32 nm 线宽的光刻胶曝光图形。

第二道难关是光刻机的激光光源,光刻用准分子激光器光源需要窄线宽、大能量和高脉冲频率,这些参数互相矛盾,研制难度极大,目前经兼并组合后,全世界只有一家日本公司独立生产光源,其余皆被ASML公司收购。我科学院光电研究院等承担光刻机中的ArF准分子激光光源研发任务后,经9年努力,已完成国内首台 “65纳米 ArF 步进扫描双工件台光刻机曝光光源”制造任务和 “45纳米以下浸没式曝光光源研制与小批量产品生产能力建设”任务。以及20-40瓦 90纳米光刻机 ArF曝光光源批量化生产任务。第三道难关是光刻机工件台,为将设计图形制作到硅片上,并能在2~3平方厘米的方寸之地集成数十亿只晶体管, 光刻机工件台在高速运动下需达到2nm(相当于头发丝直径的三万分之一)的运动精度。

国内光刻机技术发展现状

5月24日“极大规模集成电路制造装备与成套工艺”专项(02专项)项目“极紫外光刻胶材料与实验室检测技术研究”完成了EUV光刻胶关键材料的设计、制备和合成工艺研究、配方组成和光刻胶制备、实验室光刻胶性能的初步评价装备的研发,达到了任务书中规定的材料和装备的考核指标。项目共申请发明专利15项(包括国际专利5项),截止到目前,共获得授权专利10项(包括国际专利授权3项)。

中国目前有90纳米,用90纳米的升级到65纳米不难。但是45纳米就是一个技术台阶了。45纳米的研发比90纳米和65纳米难很多。如果解决了45纳米那个可以升级到32纳米不难。但是下一步升级到22纳米,不能直接45纳米升级到22纳米了。22纳米用到了很多新的技术。

中国16个重大专项中的02专项提出光刻机到2020年研发出22纳米。2015年出45纳米的并且65纳米的产业化。45纳米是目前主流的光刻机工艺,包括32纳米的还有28纳米基本都是在45纳米的侵入深紫外光刻机上面改进升级来的。所以中国掌握45纳米的很重要。45纳米光刻机是一个很重要的台阶,达到这个水平后,在45纳米光刻机上面进行物镜和偏振光升级可以达到32纳米。

另外,用于光刻机的固态深紫外光源也在研发,我国的光刻机研发是并行研发的,22纳米光刻机用到的技术也在研发,用在45纳米的升级上面。还有电子束直写光刻机,纳米压印设备,极紫外光刻机技术也在研发。对光刻胶升级,对折射液升级,并且利用套刻方法可以达到22纳米到14纳米甚至10纳米的水平。相应的升级的用的光刻胶,第3代折射液等也在相应的研发中。

此前,中国科学院大学微电子学院与中芯国际集成电路制造有限公司在产学研合作中也取得新进展,成功在光刻工艺模块中建立了极坐标系下规避显影缺陷的物理模型。通过该模型可有效减小浸没式光刻中的显影缺陷,帮助缩短显影研发周期,节省研发成本,为确定不同条件下最优工艺参数提供建议。该成果已在国际光刻领域期刊Journal of Micro-Nanolithography MEMS and MOEMS发表。这意味着我国在微电子技术领域再次迈出了坚实的一步,缩小了与全球在该领域的差距。

中科院光电技术研究所研制的光刻机是在365nm波长的DUV光源下,单次曝光最高线宽分辨率达到22nm,相当于1/17波长。对于很多略懂科技的人员来说,我们都知道22nm的光刻技术其实在几年前就被使用,如果单拿22nm来说此次光电技术研究所的成就并不足够震撼,但如果与全球领先的荷兰ASML的尖端集成电路光刻机对比我们会发展,ASML使用的是采用EUV光刻机的13.5nm光源,加工极限为7nm,而我国的光刻机采用的是DUV下的365nm光源,加工出了22nm的分辨率,这意味这我国研制的光刻机打破了传统的衍射极限,采用一种新的原理理念验证了表面等离子光刻加工的可行性。

中国目前的光刻机技术还在起步探索阶段,虽然取得了一些小成就,但离国外先进技术差距还很大,希望通过目前科研人员的努力,能真正用上性能强,稳定性高的高端国产芯片。

现阶段国内的光刻机技术还处于初期阶段,之后还需要科研人员在光刻机方面继续不断投入,实现在芯片市场的突破。


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