中國研製的世界首臺分辨力最高紫外超分辨光刻裝備和目前最先進的光刻機有什麼區別?

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要想清楚瞭解兩者區別,我們先來分別看一下國內首臺超分辨率光刻機的一些特性,以及目前世界上最先進的ASML的NXE 3400B光刻機。

關於國產光刻設備,先看來看軍報的新聞報道

國產首臺超分辨率光刻設備11月29日通過驗收,這是我國成功研製出的世界首臺分辨力最高紫外超分辨光刻裝備。該光刻機由中國科學院光電技術研究所研製,光刻分辨力達到22納米,結合多重曝光技術後,可用於製造10納米級別的芯片。中科院理化技術研究所許祖彥院士等驗收組專家一致表示,該光刻機在365納米光源波長下,單次曝光最高線寬分辨力達到22納米。項目在原理上突破分辨力衍射極限,建立了一條高分辨、大面積的納米光刻裝備研發新路線,繞過了國外相關知識產權壁壘。


目前已經量產出貨的最先進的光刻機,是來自荷蘭的ASML的NXE 3400B,該光刻機的光源使用的是激光等離子源產生的約13.5nm的極紫外波長。主要運用於7nm及5nm的芯片生產,目前已經有臺積電,三星,英特爾採購,國內中芯國際也花費超過1億美元購入一臺NXE3400B。

二者區別

1. 光刻技術基礎。

此次的國產光刻設備,採用的表面等離子體超分辨光刻,也就是surface plasma,我們也把其稱之為表面等離子超衍射光刻,這是最近十幾年興起的新技術。這種光刻的工作原理是入射光照射在透鏡表面的小探針上,從而激發產生plasma,產生波長非常短的等離子體,然後在光刻膠上刻出非常小的圖形。簡稱SP光刻。

而ASML商用的光刻機,NXT系列採用AiF, 將激光束經過一些列整形後,投射經過reticle,在投射到晶元硅片上。

2. 光刻的晶元尺寸不同。

國產首臺超分辨率光刻設備目前展示光刻晶元為4寸,該尺寸屬於較小類型,非主流的12寸或者8寸。而目前主流光刻機生產的硅片為12寸,或者8寸。

3. 對於此次的的國產光刻機,以目前的技術能力,只能做週期的線條和點陣,是無法制作複雜的IC需要的圖形的。更進一步,以光電所目前的實力,IC製造需要的超高精度對準技術,也是無法實現的。

而ASML的最先進機型,NXE3400B已經出貨。三星已經用EUV研發出7nm工藝,即將投入生產7nm芯片,每小時能光刻125片12寸硅片。

值得注意的是,國產首臺超分辨率光刻設備所採用的SP光刻,主要缺點就是聚焦的面積非常小,屬於接觸式光刻,易產生缺陷,且因是直寫式光刻,所以生產效率很低,適用於特殊應用,類似的應用範圍是光纖領域,5G天線,或者是如演示的用於科研領域的單光子探測器。這對於實驗室科研,軍工,有一定的意義,可以一定程度上替代現在的e beam光刻。另一方面,目前這個技術也具有圖形粗糙度糟糕的特點,圖像保真度非常低,只能作為技術驗證,不能作為真實生產,更不要說量產可能了。

ASML的光刻機,它的核心技術應該是在於精度的控制,在完美控制精度的同時,不斷提高光刻的效率,才能得以商業化。目前國產光刻機,最大的問題可能是這兩個:1. 對精度的控制僅能在4寸的晶元上,做線條和點陣。目前主流12寸晶元的精度控制控制可能還欠缺,無法對複雜的電路進行光刻,也是表現為精度控制不足。 2. 光刻效率。每小時能刻出多少片晶元呢?

如有未盡之言,或是錯誤,日後想起再補充以及更正。謝謝


孤獨的頭腦


簡單講幾句,主要的區別是實現原理以及是否能夠商業化。


實現原理上目前國際上使用「深紫外光源」的光刻機是主流,對於7nm以及更高的工藝,ASML最高端的光刻機用的是「極紫外光源」,也就是所謂的EUV光刻機。


這種光刻機有個最大的缺點:就是貴!它的成本極高,一個光源就要3000萬元人民幣,還必須要在真空下使用,以至於ASML的EUV光刻機創造了“一臺賣一億美金”的神話。


而國產光刻機採用的是傳統的365nm汞燈做光源達到了10nm的工藝,並且這種光源的成本一隻只有幾萬元,大大降低了光刻機的整體成本,從一億美金降到百萬元至千萬元級別。


國產光刻機在技術上最大的突破在於沒有重複走ASML的老路,而是另闢蹊徑,採用了表面等離子體(SP)光刻技術

,形成了一條全新的納米光學光刻技術路線,並擁有完全自主知識產權。


但國產光刻機同時也存在短板,比如最大隻能加工4英寸的晶圓,而主流晶圓廠都是8寸、甚至是12寸起步了。而且國產光刻機採用的是接觸式光刻,一點點缺陷就會造成品質問題,所以只能做簡單的線、點、光柵等部件,目前還不能用於生產更為複雜的芯片。


所以目前中國的光刻機只能被用於軍事、研究等領域,還沒有形成和ASML競爭的商業化能力,但飯要一口一口吃,幾年之後說不定還真有可能彎道超車呢。



高挺觀點


分辨率是光學鏡組實現的,光學鏡組件沒大的科技含量,相反制造過的鏡片研磨很多是手工完成的,而光刻機整機所需的高科技傳感連動自動位移及床體是國內暫無法完成的,吹牛沒問題。


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