光刻技术最新研究进展（光刻技术的发展与应用）

中科院光刻技术又获新突破，国产芯片距离先进水平还差多远？

自媒体经常以“光刻机或者芯片各种新突破”为标题夺人眼球，结果呢？不了了了之罢了！作为世界最尖端的技术之一，哪有那么容易突破？虽然我们期待我们的科学家、企业、国家能够早日取得突破，但是我们也要正视艰难，我们只能一步一步向前迈进，脚踏实地研究创造！

作为平凡的我们，想要为国家做点贡献的话，请支持国货！请给 科技 人员、企业和国家多一点时间和经济力量！

国内好像做到7毫米5毫米，向3毫米进入？这已经很快了。大有后来者居上的趋势。也有绕过心片的路径。

我们都希望在核心技术上面自主掌握，不被掐脖子限制，但是半导体领域上面，最关键的一些环节，我们仍然没有实现自主，还需要用过进口来满足，其中光刻机，光刻胶，硅片平磨设备等等这些都还要靠买，自己的确还没有这方面实现自主，有国内的权威说过，我们想要达到世界现在的水平，按照现在的投入还需要15年左右的时间。

怎么说呢我们现在真正国产化的只有90纳米技术的光刻机，上海微电正在研制的28纳米光刻机，一直都有报道说会在年底推出来，但是现实却是已经这样说了好几个年头了，而且内部的人接受采访说，短时间内很难实现市场运用，现在还在进行各项功能的调试，这个过程需要很长的时间。

也就是说现在还在实验室里面，距离产能化运用还有很长时间，而且据说生产的速度也是不够快每小时只有75片，这样的速度远达不到厂商的要求，更重要的是一个大家一直兴奋的消息，那就是研究获得了光刻机的修正技术，这个是最近发布出来的让很多人振奋的消息。

这的确是一大发现突破，只是这个要运用到现实生产当中，短时间根本不可能，因为这个技术现在只是理论论证阶段，也就是说还只是在纸面上，还需要发表论文，而远没有真正的进行实验，就更谈不上说短时间运用出来了，所以这个技术在长远来看对我们是一大突破，但是在短时间来看对我们没有任何帮助。

也就是说我们在未来的十年之内，仍然无法真正的摆脱现在的情况，现在我们运用的90纳米以内的生产工艺都是国外的，我们自己的只是达到90纳米的级别，所以在理论技术领域论证得到突破是好事，但是现实中还需要认清现实，现在的我们在这上面仍然差距巨大。

以现在的情况来看，我们距离世界先进技术，至少在15年以上，这个数字属于最保守的估计，毕竟我们在进步别人也并没有停下脚步，所以我们现在需要的付出会更多，现阶段不得不接受的现实就是，在半导体领域上面，我们跟外国的差距仍然非常的巨大，这不是说理论上面的突破就能短时间改变的。

如果说我们国产28纳米技术的光刻机，能在五年之内投入市场，那就是值得让我们欣喜若狂了，虽然说28纳米技术，但是可以生产出来七纳米工艺的芯片，而且良品率还是比较高的，这个投入市场才是最真实的稍微改变现实，而光刻修正技术，现在只是理论阶段，离现实太远，理论上的突破可喜可贺，但是短时间没办法帮助我们改变眼前的现实。

近了，中国科学家只要团结一致，国产蕊片不出一年，最多二年面世。

举国之力，芯片指日可待

这点可以肯定，中国 科技 只要突破了，玩的都是先进，超越！只要是公开了，就离量产不远了。

科学技术是不能搞大跃进的！它是若干科学家技术人员长年累月辛勤付出，逐渐集累的成果！来不得半点虚假！要承认我们起步晚，和发达国家比差距还不小！

现在我们党和国家十分重视 科技 兴国，顷全国 科技 人员之力，赶追或超越世界先进水平。我们现在可以量产28，那么，不需很多年，中国会把芯片变成白菜价！

中国人会创造奇迹的？弯道超车，后来居上，后发先至。到时芯片白菜价。让制裁我们的后悔去，我相信我们的科学家，他们不会让国人失望。

其实，在芯片领域中国并非一事无成，芯片千万种，军用芯片，工业芯片，民用芯片，专用芯片，其中民用芯片又分千千万万，民用芯片以手机芯片最难，而最难的是设备，

残酷的现实再一次告诉我们：生于忧患，死于安乐！在美国这个强大的对手面前，中国要始终保持强烈的忧患意识，坚定不移地发展自已，久久为功，方能善作善成，丝毫都不能懈怠。芯片领域如此，其他领域亦如此！

我国光刻机发展怎么样了？光刻机在我国为何如此重要？

我国的光刻机处于世界的先进水平，但没有达到顶尖水平：

我国的光刻机发展已经近到了28纳米的光刻机，可以满足日常的射频芯片，蓝牙芯片以及其他电器中的一些芯片的要求和标准。但是相较于芬兰等欧美国家的光刻机芯片，已经达到了个位数的纳米。想要在此基础之上超越欧美国家，进入光刻机的顶尖水平，还需要数10年的时间研究和发展，这就好像在一根头发丝上的1/10000处，雕刻一栋楼房的难度是差不多的。

光刻机在我国之所以如此重要，是因为它在芯片的研究和生产方面占有非常重要的地位。我国的大部分芯片研究都离不开光刻机的技术支持，例如手机芯片，一些重工业行业，机器的芯片，还有很多高新科技产业的核心技术，都需要用光刻机来研发芯片，没有了光刻机，我国的芯片研究就会陷入停滞的发展状态，因此我国的大多数光刻机主要依赖于进口，只有少数的光刻机用在一些不太重要的科技岗位上。

只要光刻机达到顶尖水平，我国的芯片研究就会得到一个质的突破。例如汽车芯片的研究，在我国除了自身的发展以外，大多数也依靠进口来完成汽车的整体生产过程，当光刻机的技术达到了顶尖水平以后，我国将不会再依赖外国的汽车芯片，拥有自主研发的中国芯片，安装在中国生产的汽车上。一方面会增加我国在汽车生产上边的独立性，另一方面会减少对国外光刻机的依赖造成他国对我国的贸易制裁影响。

总而言之，光刻机的技术非常重要，但难度也非常大，有专家预计在未来的十年到20年中，我国的光刻机技术可能会得到质的突破。

国内传来消息，清华大学科研成果再立功，光刻机之路一片坦途

相信很多人都知道，华为被芯片禁令限制了进一步的发展，但这个限制也仅仅是在制造端，而不是设计端。此前华为任正非就曾表示，所谓封锁也只是封锁了制造芯片的光刻机等设备，而并不能阻碍中国自主研发设计芯片的发展。这意味着，华为是有能力设计出全球最顶尖的芯片，而仅仅是受制于制造端。

杀不死我的必将使我更加强大，就在芯片禁令生效之后，华为内部甚至中国企业，纷纷都开始重新认识自主研发 科技 的重要性。将重要的 科技 掌握在自我手中，不用再受制于人，是每一个出海的中国企业必须面临的问题。与此同时，也开始投入重金在半导体 科技 领域。

这次卡脖子的光刻机技术，是重中之重。不过国外的各种公司却依然投来了鄙视的目光，认为光靠中国自主技术去研发，根本不可能设计出自研芯片。随着国外势力的这种冷嘲热讽，中国各高等院校开始加入了这一场反击战。

让技术的回归技术，光刻机在内部结构中，最主要的三个部件就是光源、光学镜头，以及双工件台系统了。

最近一段时间，年初开始进行光刻机研究的清华科研队伍，终于取得了新的突破。唐传祥带领的科研团队，通过新的验证方式，获得了一种新型加速粒子，命名为稳态微聚束。而它最重要的波长对应的波段，刚好是EUV光刻机所需要的核心光源技术。

这一消息被证实后，许多国外的光刻机设备工程师都不由地赞叹，该来的还是来了。这一步骤的完成，将预示着中国自造的光刻机研发成果，已经进入了新的里程碑。

这个消息也让很多关心中国光刻机进展的朋友们，大为惊讶。也发出了另一种赞叹的声音，有可能中国将在未来几年之内获得更快速的进展，包括了目前难以攻克的光刻机设备。不过来自国内的声音，清华大学科研的成功，预示着光刻机高精尖技术的加速，可能真的用不了几年就能收获更大的惊喜。

果不其然，据最新媒体的报道显示，清华科研团队参与的项目中，华卓精科研发的成果方面，本身产品的应用精度已经达到了世界先进水平，1.8nm的参数足以媲美当今先进的光刻机标准。

而我们知道，双工件是ASML这家机构最看重的技术。ASML不用多解释，作为世界最先进的 光刻机设备制造商，实力非常雄厚。这次清华团队的研究成果能够匹配ASML的1.8nm水平，就已经说明了我国的实力，毕竟连日本的尼康等公司，都没有能够做到1.8nm的水平。

这个结果足以打脸国外之前那些媒体，另外除了我国的高等院校参与之外。目前，中科院的高能辐射光源设备，也已经能够用0.1nm镀膜的参数，全力投入使用。

至此目前EUV光刻机所需的三大件均已完成里程碑的突破，这标志着量变终于引起了质变。国内的中科院教授同样发出这样的感叹，有这样的进度和人才储备，未来3年之内完成光刻机的初步模型，指日可待。

而国外ASML一直以来唱衰中国自研科学实力的做法，其实也很容易理解。一来是各国所处的角度不同，二来是很担心中国来冲击到它的世界光刻机的地位。

打铁还需自身硬，中国自研 科技 实力一步一步增强，也让竞争对手们胆寒。 科技 的博弈是未来的主旋律，不断增强人才储备和技术科研成果的更新，才能够不落后。核心技术就要掌握在自己手中，中国芯势必会走出一条自己的康庄大道。

重新审视EUV光刻技术

拥有超过100,000个组件，这样的EUV光刻系统是有史以来最复杂的机器之一。它由连续生产的最强大的激光系统泵送。总重量为180吨，耗电量超过1兆瓦，单台EUV光刻机的售价高达1.2亿美元。

在EUV光刻技术之前，DUV大行其道。然而随着工艺技术的发展，大型晶圆代工厂已经迫不及待地要调到更先进制程。基于包括Trumpf（德国Ditzingen），Zeiss（德国Oberkochen）和ASML（荷兰Veldhoven ）等高 科技 公司之间的独特联盟，EUV光科主要技术问题才得以解决。

为何选择EUV？

极紫外（有时也称为XUV）表示波长在124和10nm之间的软X射线或10eV和124eV之间的光子能量。

到目前为止，芯片制造商已经使用紫外（激光）光将复杂的图案投射到涂有光致抗蚀剂的硅晶片上。在类似于旧纸张照片的开发的过程中，这些图案被开发并成为一层内的导电或隔离结构。重复该过程，直到形成诸如微处理器的集成电路的复杂系统完成。

这种光刻系统的发展受经济驱动：需要更多的计算能力和存储容量，同时必须降低成本和功耗。这种发展可以用一个简单的规则来描述，这个规则被称为摩尔定律，它说密集集成电路中的晶体管数量大约每两年增加一倍。

一个主要的限制来自光学定律。德国物理学家恩斯特·阿贝发现显微镜d的分辨率（大致）限于照明中使用的光的波长λ：

d = λ/（n sin（α））（1）

其中n是透镜和物体之间介质的折射率，α是物镜光锥的半角。对于光刻，用数值孔径（NA）代替n sin（α）并在公式中加入因子k（因为光刻分辨率可以用照明技巧强烈调整），最小可行结构或临界尺寸（CD）是：

CD = kλ / NA（2）

该公式控制着所有光刻成像过程，这使得波长成为如此重要的参数变得明显。因此，工程师们一直在寻找波长越来越短的光源，以生产出更小的特征。从紫外汞蒸汽灯开始，他们转向波长为193纳米的准分子激光器。英特尔在2003年5月宣布，它将下一步采用157纳米准分子激光器，而不是采用波长为13.5纳米的EUV，因此光刻行业获得了惊喜。光学材料的问题被视为主要障碍，EUV似乎只是一些发展步骤。

当时据报道，英特尔研究员兼公司光刻资本设备运营总监彼得西尔弗曼提出了一个问题路线图显示2009年将为32纳米节点部署EUV。事实证明这是过于乐观了，人们不得不想方设法利用193纳米光源通过沉浸式光刻和复杂的照明技巧等技术来实现更小的特征。

用于工业的EUV光源

EUV光刻必须解决许多问题。首先，需要强大的光源。在21世纪初期，基于放电等离子体的光源（如 Xtreme Technologies公司吹捧）似乎最有利，但不久之后激光产生的等离子体源显示它们最适合放大。

最后，总部位于圣地亚哥的Cymer公司凭借使用CO 2激光器从30微米锡滴产生EUV辐射的系统赢得了比赛。虽然他们在2007年推出了一个相当不稳定的30 W光源，但在2014年他们首次展示了如何达到250 W，这个数字被认为是大批量生产的突破。提高EUV转换过程的效率是一项很好的应用研究，毕竟使EUV光刻成为可行。为了加快进度（并确保其唯一供应商），ASML于2012年收购了Cymer。

为商业可行性提供足够的EUV辐射的最终解决方案，是给人留下深刻印象的机器。该机器基于串联生产中最强大的激光器：40 kW CO 2激光器。整个系统需要1兆瓦的电源。由于只有200 W功率的微小部分用于处理晶圆，因此冷却是一个主要问题。

该技术的唯一供应商是德国Ditzingen的TRUMPF。TRUMPF老板兼首席技术官Peter Leibinger非常清楚他的公司的角色：“如果我们失败，摩尔定律将停止。当然，世界并不依赖于TRUMPF，但如果没有TRUMPF，芯片行业就可能无法继续延续摩尔定律，“他在2017年接受采访时表示。

典型CO 2TRUMPF的激光器可以提供几千瓦的连续波（CW）辐射。这适合切割钢材。对于EUV，TRUMPF开发了一种激光器，可以50 kHz的重复频率产生40 kW的脉冲辐射。具有两个播种机和四个放大级的激光器非常大，必须放置在EUV机器下方的单独地板上。

为了跟上市场需求，TRUMPF在一个全新的工厂投入了大量资金，为这些激光器提供了10个生产区。通过10周时间将它们组合在一起，该公司现在每年可以容纳50个系统。目前已经有44个系统在实地，预计2019年还将有30个系统出货。

该机器具有玻璃心脏

虽然泵浦激光器是一种真正独特的机器，但EUV光刻系统中的光学器件同样具有挑战性。首先，必须用巨大的镜子收集来自微小锡滴的等离子体辐射。EUV收集器的直径为650 mm，收集立体角为5 sr。13.5nm处的平均反射率高于40％。

根据SEMICON West会议报告，反射率随时间线性下降：“他们目前的客户安装了NXE：3400B系统，Yen报告的每千兆脉冲降解率约为0.15％。ASML希望在相同功率（250 W）下将其降至低于0.1％/ GP。“换句话说，功率在90天内下降约50％。交换收集器大约需要一天时间，ASML打算用下一代NXE：3400将其减少到不到8小时。报告称，最终目标是95％的可用性，这是目前所有DUV机器的用武之地。

一旦珍贵的EUV光离开收集器，它就会被一组超精密镜子进一步形成和投射。最终表面的粗糙度为0.1nm以下更好，相当于氢原子的直径。光学系统由另一位德国冠军卡尔蔡司半导体制造技术公司（Zeiss SMT）制造，该公司是合作伙伴中第三家建立这些独特高 科技 机器的公司。

注 - NXE：3400系统的分辨率约为13 nm; 这指的是公式（2）和实际的栅极间距。这与芯片制造商经常讨论的“节点”非常不同。最初，节点指的是晶体管的栅极长度。显然，这可以根据工艺和制造商的不同而不同。然而，今天，节点仅涉及由芯片制造商开发的某个过程，并且不直接对应于光学器件的分辨率。例如，芯片制造商使用类似的EUV机器参考其专有工艺，推出7纳米或3纳米节点。

EUV光刻技术的三驾马车

虽然EUV光 科技 术整体涉及1000多家供应商，但核心技术由Trumpf，Zeiss和ASML制造。他们在EUV项目中开发了非常规的合作形式。来自Trumpf的Peter Leibinger将其称为“几乎合并的公司”，其开放式政策和广泛的人员和技术交流。

Zeiss SMT与ASML有着悠久的 历史 ，因为该公司于1983年为飞利浦生产了第一台光刻光学器件; 这项业务于1984年分拆出来并命名为ASML。

在EUV之前，Zeiss和ASML共同征服了光刻系统市场。2010年，他们已经拥有光刻系统约75％的市场份额。到目前为止，他们是工业级EUV系统的唯一供应商。为了促进这种关系，ASML在2016年11月以大约10亿欧元的价格购买了Zeiss SMT 24.9％的股份。此外，ASML承诺支持Zeiss SMT六年的研发工作，投资2.2亿欧元，加上一些5.4亿欧元的投资支持。

由于Zeiss SMT在EUV上大量投资，所以这笔钱非常需要。该公司在德国Oberkochen附近建立了制造和计量大厅;目前，它正在完成下一代具有更高NA的EUV光学器件的准备工作。另外7亿欧元的投资。这包括用于光学系统计量的卡车大小的高真空室。在这些腔室中测试的镜面最大公差为0.5 nm，因此它们采用了业内有史以来最精确的对准和计量技术。

180吨工具的最终组装

Zeiss SMT拥有一个巨大的高 科技 设施，但其规模最大的是阿斯姆公司的Veldhoven工厂的制造大厅。2018年，Zeiss SM的员工增长了21％，目前拥有超过800名博士和超过7500名工程师，总人数为23,000人。

在制造大厅中，EUV步进机器已经完成。目前的顶级车型NXE：3400B重180吨，需要20辆卡车或3辆满载的波音747发货。价格是1.2亿美元。它可以每小时处理125片晶圆，分辨率低至13纳米。

在2019年下半年，宣布升级的NXE：3400C的装运。它将采用更高透射率的光学元件，模块化容器，可显着提高维修保养方便性，以及更快的光罩和晶圆处理器，以支持更高的生产率。这些器件每小时可实现170个晶圆吞吐量。

EUV之后是什么？

到目前为止，EUV光学系统已达到0.33的NA。下一代（ASML宣布该机器为NXE Next）的NA为0.55，分辨率小于8 nm。它包含更大的光学元件，而这也是Zeiss SMT公司的努力方向，并且该公司今年已经开始生产。

作为这些共同努力的结果，显然该技术被驱动到其物理极限，从而实现迄今为止无法想象的规范。例如，光刻系统内的晶片被保持在特殊的玻璃板（所谓的晶片夹具）上。它们以高达3g的加速度移动，将晶圆保持在精确到一纳米的位置。同时，晶片由EUV光照射，热负荷为30kW / m 2，而不会失去其精确位置。

尽管仍在讨论许多技术问题，但市场似乎非常有信心EUV光刻技术将在可预见的未来为半导体产业带来实质性利益。

但在高NA EUV之后会发生什么？到目前为止，似乎还没有认真的答案。一方面，一些研究小组正在准备更短的波长。德国弗劳恩霍夫协会的两个机构于2016年完成了一项关于“超越EUV”的研究项目。他们研究反射涂层（IOF）和等离子体源（ILT）的6.7 nm波长。瑞士集团在2015年总结了光刻胶研究。诸如冲压或电子束光刻的纳米图案的替代方法正在发展。2017年的“模式路线图”试图讨论其进一步发展。

目前，ASML及其盟友在他们的高 科技 大制造厅中建造并展示了，这个时代最大和最先进的技术系统。但是，如果从远处看这一发展，似乎光刻技术的复杂性已达到其可行的最大值。未来EUV光刻技术要得到进一步的实质性进展，将需要完全不同的方法来满足增加的数据存储和处理要求。