中国芯片制造迈出一大步!中科院造出最强紫外超分辨光刻机

中国芯片制造迈出一大步!中科院造出最强紫外超分辨光刻机


中国在芯片制造领域取得了新的突破!

经过近七年的努力,“超分辨率光刻设备开发”项目通过了验收测试。这意味着中国现在拥有世界上第一台高分辨率紫外线(即22纳米@ 365纳米)超分辨率光刻设备。

换句话说,中国科学家已开发出一种功能非常强大的光刻机。

光刻机,是芯片制造的核心设备。中国一直受到芯片行业人士的青睐,特别是在光刻机领域,并经常遇到各种限制,一直是外国禁令。对于这一突破,验收小组解释的是:

光刻机在365nm波长的单次曝光中具有22nm的最大线宽分辨率。原则上,该项目突破了分辨率衍射极限,建立了新的高分辨率,大面积纳米光刻设备研发路线,绕过国外知识产权壁垒。

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当消息传出时,很多人都称赞它,但大多数人都是无意识的。当然,有人说这是吹牛。这个消息背后的意思是什么?

这一突破有很多亮点。其中,有几点值得关注。量子比特简要总结如下:

光源:粗刀刻细线

这种家用光刻机使用365nm波长光源,属于近紫外范围。通常,为了追求更小的纳米工艺,光刻机制造商的解决方案使用波长越来越短的光源。 ASML是思维方式。

国外最广泛使用的光刻机的光源是193nm波长的深紫外激光器,其光刻分辨率仅为38nm,曝光波长约为0.27。

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这台光刻机可以达到22纳米。此外,“结合双曝光技术,未来还可用于制造10纳米级别的芯片。”

也就是说,中国科学院光电子研究所开发的光刻机使用更长波长(近紫外)和更低成本(汞灯)的光源,以获得更高的光刻分辨率(0.06倍曝光)波长)。

该项目副总设计师,中国科学院光电技术研究所研究员胡松在接受“中国科学院学报”采访时作了类比:“这相当于用一把很厚的刀子刻一条很细的线条。“突破分辨率衍射极限。

因此,它也被称为世界上第一台高分辨率紫外超分辨率光刻设备。

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成本:高端设备“白菜价”波长越短,成本越高。

为了获得更高的分辨率,传统上通过缩短光波和增加成像系统的数值孔径来改进光刻机,但问题是技术难度非常高并且设备成本也非常高。

ASML最新的第五代光刻机使用13.5,波长更短纳米紫外光(EUV)用于14nm,10nm和7nm工艺的芯片生产。

一台这样的光刻机价格超过1亿美元。

中国科学院光电子研究所的设备使用更长波长和更常见的紫外光,这意味着国内光刻机使用低成本光源来实现更高分辨率的光刻。

一些网友评论说,中国制造的光刻机可能与中国征服的其他高科技设备相同。

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突破:打破禁运,引领世界,这种光刻机的出现具有另一个重要意义。

在这里我们引用央广的报告:

超分辨率光刻设备项目的顺利实施打破了国外高端光刻设备的垄断,为纳米光学加工提供了新的解决方案,以及新一代信息技术,新材料等先进的战略技术领域。和生物医学技术。核心边界和防御安全提供核心技术支持。

该项目副总设计师,中国科学院光电技术研究所研究员胡松说:“第一个首先体现在我们现在的水平和国际上,并且可以达到一致的水平。分辨率指数实际上是一项外国禁运。在我们的项目出台后,一个指标将对打破禁运有很大帮助。“

“如果它在国外被禁运,第二个就不要害怕。因为我们的技术在继续,我们认为它可以得到保证。在芯片的未来发展中,下一代光机电一体化芯片或我们正在谈论的通用芯片关于(开发区),也许拐角道路正在超车。“

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这种设备的出现并不意味着中国的芯片制造业将能够立即取得快速进展。一方面,芯片制造是一个巨大的工业生态。另一方面,中国科学院光电子研究所的光刻机具有一定的局限性。

据介绍,目前设备已准备了一系列纳米功能器件,包括大口径薄膜镜,超导纳米线单光子探测器,切伦科夫辐射装置,生化传感器芯片,超表面成像装置等,验证了纳米功能器件的处理能力已达到实用水平。

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也就是说,目前,主要是光学领域等中的一些装置。然而,一些网友表示,“凭借目前的技术能力,只能使用线条和点阵来创建复杂的IC。”

这项技术被称为“在短期内,它不能应用于IC制造领域,不可能在IC制造领域撼动ASML ......但它已经形成了一定的威胁,它从长远来看,仍有可能取得更重要的突破。“

中国的光刻机制造业落后目前,世界上主要的光刻机制造商是荷兰的ASML,日本的尼康和佳能。其中,ASML技术的数量是最先进的。

中国也有生产光刻机的公司,如上海微电子设备,但技术水平远远落后于ASML。

目前由上海微电子设备公司生产的光刻机只能加工90nm工艺芯片,这是国内光刻机的最高水平。至少十多年来,ASML已经批量生产7纳米EUV光刻机。

光刻机是制造芯片的核心设备,在中国一直是技术上的弱点。光刻机的水平严重制约了中国芯片技术的发展。我们一直是被“卡着脖子”。

中芯国际和长江仓库等国内芯片制造商不得不以高价购买ASML光刻机。

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今年5月,“日经亚洲评论”报道,中芯国际已向国际半导体设备制造商ASML投放了价值1.2亿美元的EUV光刻机,预计将于2019年初交付。

此外,长江仓库今年还从ASML购买了一台渗透光刻机,售价高达7200万美元。

那么,什么是所谓的光刻机?

光刻原理

光刻机,芯片制造的核心器件之一。中国科学院光电子研究所的胡松和何晓东在“中国科学院之声”发表的一篇文章中介绍了这一点的重要性:

后工业时代,包括当前的工业3.0和工业4.0,是基于芯片。作为制造芯片的工具,光刻机相当于工业时代的机床和前工业时代的手。

但特别之处在于光刻机使用光作为“工具”。具体来说,流程大致如下:

用高光敏光刻胶覆盖硅晶片的表面,然后光通过掩模传输到硅晶片的表面,由光照射的光刻胶反应。

此后,用特定溶剂洗去经照射/未照射的光致抗蚀剂,以实现电路图案从掩模到硅晶片的转移。

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这只是一个简化过程。通常,如果您想使用光刻机制作芯片,您需要在非常精细的结构上执行数百个套刻和数千个工艺,这需要数几百种设备才能完成。

中国科学院成功开发的光刻机容量为22纳米。这个概念是什么?中国科学院的文章提到了一个比较:

头发的直径约为80微米,22纳米是头发直径的1/3600。也就是说,该光刻机能够处理头发表面上的各种复杂结构。

是谁开发了这种光刻机?

中国科学院光电子研究所7年探索

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这台光刻机背后的研讨机构是中科院光电所。

带头完成这项研发使命的,是中科院光电所所长、超分辩光刻设备项目首席科学家、中国科学院大学传授&博导罗先刚研究员。

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罗先刚在光电范畴的学术职位从他的一长串title中可见一斑:

微细加工光学手艺国度重点尝试室主任,国度973打算首席科学家,曾获2016年度国度手艺发现一等奖,2017年中国工程院院士增选有用候选人,国家卓异青年科学基金取得者,中组部首批万人计划科技领军将才、2009年“新世纪百千万人才工程”国家级人选,2004年中科院“百人计划”当选者,中国光学学会、美国光学学会、国际光学工程学会、国际光电子与激光工程学会四大学会成员(Fellow)。

从1995年在中科院光电手艺研讨所读硕士开始,罗先刚已从事光电范畴20余年了,在中科院光电手艺研讨所读完硕士和博士后,他去了日本理化学研讨所做博士后和研究科学家。

2004年,罗先刚回到了他念书的中科院光电手艺研讨所,开始担负研究员。 20余年的光电学术之路上,他不但揭晓了SCI收录论文100余篇,还带出了数十名优异的硕士博士生。

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项目副总师胡松也是中科院光电手艺研讨所的研讨员、中国科学院大学博导,在光学投影暴光微纳加工手艺、 微细加工光刻手艺有丰硕的经历,享用国务院当局补助,曾主持多个国度级、部委级、省级科研项目,颁发十余项专利手艺。

中科院光电所完成这项打算用7年时间。

根据经济日报报道,2012年,中科院光电所承担了超分辨光刻装备这一国家重大科研装备项目研制任务,当时并没有任何国外成熟经验可借鉴。

7年来,项目组冲破了高平均性照明、超分辩光刻镜头、纳米级分辩力检焦及间隙丈量和超紧密、多自由度工件台及控制等关键技术,完成国际上首台分辩力最高的紫外超分辩光刻设备研制,其采取365纳米波长光源,单次暴光最高线宽分辩力到达22纳米(约1/17暴光波长)。

在此基础上,项目组还结合超分辨光刻装备项目开发的高深宽比刻蚀、多重图形等配套工艺,实现了10纳米以下特点尺寸图形加工。

另外,这个项目还颁发了论文68篇,申请国家级发现专利92项,此中受权47项,申请国际专利8项,受权4项,为国家培育了一支超分辩光刻手艺和设备研发团队。



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