我国的光刻机发展到什么地步了?

首先要告诉大家的是:目前而言,我国最先进的光刻机依然是制程工艺节点为90纳米的步进扫描投影光刻机,至于制程工艺节点达到28纳米的浸没式DUV光刻机的各个部件仍在研发之中,估计不久之后就可以完成了,从而国产光刻机的性能也将进一步得到提升。

在国产半导体产业链中,光刻机是唯一的短板,只要光刻机上去了像蚀刻机,离子注入机,光刻胶等都不是问题。所以说,如今光刻机已经成为制约我国半导体产业发展的唯一因素,只要解决了掣肘的光刻机,一切就都迎刃而解了。

国内芯片的现状

就目前而言,在不依赖国外技术的前提下,国内最先进的光刻机制程工艺节点是90纳米,在国外技术的支撑下,不依赖极紫外EUV光刻机时,可以将芯片的制程工艺推进至7纳米。

不过美国已经对我国限制了12纳米以下芯片的生产。在去美国化时,国内目前的芯片最高的制程工艺也就是14纳米。

14纳米的制程工艺芯片已经可以满足国内军工、工业、航天、航空、汽车的需求了。毕竟以上企业对芯片可靠性,耐高低温,抗辐射性能要求比较高,对制程工艺并没有那么苛刻的要求。对制程工艺要求比较高的就是手机和电脑所用芯片,这可是拼硬实力的。

也就是说,即便是美国限制了12纳米以下制程工艺的芯片生产,但是也无可奈何国内工业的发展。

国内光刻机的现状

上文提到了,依靠我国自主的技术,仅能制造出制程工艺节点为90纳米的光刻机,不过并这不意味着使用该光刻机只能制造制程工艺为90纳米的芯片,在经过多次曝光等步骤之后,芯片的制程工艺还会有进一步的提升。倘是如此,那也无法与极紫外EUV光刻机相比。

而与光刻机有关的三大部件就是光源,透镜组,双工件台。只要解决了这三大部件,光刻机所面临的难题也就迎刃而解了,同时这三大部件也是光刻机中难度最高的,毕竟事关光学,超精密加工等等。

我国光刻机的三大部件

第一:光源

目前来看,我国已经制造出来了适用于步进投影式DUV光刻机的第三代光源,也就是波长达到248纳米,重复频率为4000hz,功率为40瓦的氟化氪激光器。由于波长只有248纳米,也就自然无法用于极紫外EUV光刻机,毕竟极紫外EUV光刻机所用的光源波长为13.5纳米。

第二:透镜组

由于国内与光刻机有关的透镜或者反射镜的消息很少被披露出来,所以对于国内的物镜系统的有关进度是知之甚少。既然有了成熟可用的步进式投影式DUV光刻机,那么透镜系统就必然已经被制造出来了。不过,这只是透镜而不是反射镜,也无法用于极紫外EUV光刻机。

第三:双工件台

双工件台也有现成的,那就是自主研发的DWS系列。该双工件台的平均运动偏差为4.5纳米,标准运动偏差为7纳米,最大速度为1.1米/秒,最大加速度为2.4g。

正在研发DWSI系列,同样采用了磁悬浮平面电机驱动,不过换成了平面光栅干涉位移测量技术。

在以上技术的加成下,就缩小了运动偏差,加速度,运动速度等数据。最终DWSI双工件台的平均运动偏差为2.5纳米,标准运动偏差为5纳米,最大速度为1.5米/秒,最大加速速度为3.2g。

国际先进光刻机的现状

国际最先进的光刻机制造厂家就是ASML,当然了极紫外EUV光刻机的部件是相当精密的,需要全球主要发达国家的支持。

第一:光源

ASML生产的极紫外EUV光刻机,采用了Cymer公司研发的波长为13.5纳米,功率为250W的激光等离子体光源。早期Cymer公司还属于美国,只不过最后被ASML收购了。

该光源主要有两大特点:

第一,高达250瓦的功率

由于极紫外EUV光刻机使用的是反射式物镜系统,只有光源的功率足够高之后。当紫外光波被十多个反射镜的反射吸收之后,剩下的功率才可以满足光刻的要求。另外,光刻机光源的功率越高,刻录芯片的速度也就越快,那效率自然就很高。

第二,13.5纳米的较短极紫外波。

众所周知,光刻机所用的光源的波长与最小制程工艺息息相关。由于芯片的制程工艺和光刻机的曝光分辨率有着密切的关系。

而光刻机的曝光分辨率又和光源的波长息息相关,当然光源的波长越短,曝光分辨率也就越高,制程工艺也就越小,科技含量也就越高。光源的波长越长,曝光分辨率越低,芯片制程工艺也就越大,技术含量就越少。如今手机和电脑等电子产品所用的芯片的制程工艺已经下探至4纳米,这技术含金量可是相当高的。

第二:物镜组

极紫外EUV光刻机使用后的是反射镜,而当反射镜的表面不光滑时。入射到镜面的光源就会被反射到各个方向,从而降低光源的聚合性,也就降低了光源的功率,很有可能无法满足刻录芯片的需求为了使光源被反射后,还具备较高的聚合性和较大的功率,所以就对反射镜的表面粗糙度有着苛刻的要求。

ASML的极紫外EUV光刻机,使用的是德国蔡司公司研发的反射镜。这些反射镜的表面镀了近百层由钼和硅制成薄膜,而薄膜的粗糙度控制在0.05纳米,比芯片的制程工艺还要小两个量级,制造难度还是相当大的。

第三:双工件台

双工件台的作用就是承载着晶圆,主要是将光刻前的准备工作,和正在进行的光刻的芯片分隔开来。

即,一个工件台上的晶圆在做曝光时,另一个工件台对晶圆做测量等曝光前的准备工作。当第一个工件台的曝光工作完成之后,两个工件台交换位置和职能。这样一来,就可以提高光刻机的生产速度,使用双工件台的光刻机,每小时可以处理200片晶圆。相对于使用单工件台的光刻机而言,生产效率提高了3倍。

ASML研发的极紫外EUV光刻机所用的就是,其自己研发的Twinscan系列双工件台,该双工件台的运动精度误差控制在1.8纳米。

综上所述,ASML生产的极紫外EUV光刻机三大核心部件的研发难度是相当大的。

就从全球来看,也只有区区一两个企业可以拿得出来。

而除了以上三大核心部件外,还有掩膜台,掩膜板,光刻胶,操作系统等也比较重要。可见光刻机的研发生产,真的是一件难度比较大的事情,基本上可以成为当今世界上难度最大,复杂度最高的综合系统。

通过对比国内外的光刻机三大部件可知:国内在光源的波长和功率,反射镜,双工件台的运行精度等还有较大的差距,不过ASML不准备听从美国的命令,想要对我国出口浸没式DUV光刻机,这里的意思就很明确了。

当我国研制出浸没式DUV光刻机后,那ASML再想卖也没有用了,估计是他们听到了有关我国浸没式DUV光刻机的风声,想要在研发出现之前大赚一笔。从此来看,我国的浸没式DUV光刻机离出世也不远了。

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