中科院、上微自主研制成功新型光刻机 有望局部实现国产化替代
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2016-03-28 16:50:04字号：A- A A+来源：观察者网

关键字:光刻机国产光刻机中科院上海微电子光刻工艺

日前，中科院光电技术研究所自主研制成功紫外纳米压印光刻机。与此同时，上海微电子也发布了平板显示光刻机，产品良率高达95%（原本的良率为70%-80%）的高亮度LED光刻机，MEMS和功率器件光刻机。虽然媒体仅仅轻描淡写报道，但这些消息却蕴含着不同寻常的意义。
什么是光刻机？光刻机是芯片生产中最核心的设备，也是大陆芯片生产设备制造的最大短板。不少网友会将光刻机和刻蚀机搞混，其实，光刻机的工作原理是用光将电路结构临时“复制”到硅片上，而刻蚀机是按光刻机刻出的电路结构，刻出沟槽的设备，是在芯片上做减法，与之相应的是做加法（镀膜）。
光刻机用途广泛，有用于生产芯片的前道光刻机，有用于封装的后道光刻机，还有用于LED制造领域的投影光刻机。前道光刻机就是在芯片生产中将电路图映射到硅片上的光刻机，后道光刻机也被称为封装光刻机、bumping光刻机，在芯片生产出来后，线路图是裸露在外面的，还需要用后道光刻机来装个壳，就是常见的芯片四四方方、带针脚和商标的那一层。现在江阴的长电科技就是用后道光刻机来加工iphone 6芯片的。虽然在前道光刻机方面严重依赖进口，但在后道光刻机和投影光刻机方面，国内厂商还是颇为可圈可点的——上海微电子的国内市场占有率超过80%，全球市场占有率为40%；用于LED制造的投影光刻机的市场占有率为20%。
再来说说光刻机工作原理。通过一系列的光源能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩模，经物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，不同光刻机的成像比例不同，有5:1，也有4:1。然后使用化学方法显影，得到刻在硅片上的电路图（即芯片）。
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片，线路图的层数越多，也需要更精密的曝光控制过程。现在最先进的芯片有30多层。
其实，在半导体设备制造方面，中国和西方差距最大的就是光刻机——由于光刻机研发资金需求大，门槛高，从事光刻机研发的企业也越来越少，像日本的佳能和尼康过去也做光刻机，早些年Intel为了制衡ASML，扶持日本厂商与ASML对抗。但因日本金融风暴后失落的20年、少子化造成的产业衰退，佳能和尼康与ASML竞争中的劣势越来越大，佳能已经基本放弃光刻机领域，尼康的光刻机能做到20nm左右，但市场份额已经被ASML挤压，无力再继续重金投入研发。
目前，光刻机业界龙头老大是荷兰ASML。而EVU光刻机量产型号已经做到14nm水平，现在Intel、三星的14nm光刻机都是买自ASML。光刻机研发成本巨大，Intel、台积电、三星都是它的股东，重金供养ASML，并且有技术人员驻厂，格罗方德、联电以及中芯国际（大陆代工厂龙头老大）等代工厂的光刻机主要也是来自ASML。
ASML EVU光刻机 问世时售价曾达1亿美元
Cymar制造的EUV用LPP光源系统
与ASML相比，中国光刻机企业就显得相当寒碜——中国光刻机厂商有上海微电子装备有限公司、中国电子科技集团公司第四十五研究所、合肥芯硕半导体有限公司、先腾光电科技有限公司、无锡影速半导体科技有限公司。在这几家公司中，处于技术领先的是上海微电子装备有限公司，该公司已量产的光刻机中性能最好的是90nm光刻机。
早在几年前，上海微电子就制造出90nm光刻机，当时国际主流代工厂的代工水平是65nm，平心而论，在这个情况下，制造出90nm光刻机，上海微电子还是蛮给力的，但因为最核心的光源是进口的，国外为了限制中国光刻机制造业，在核心零部件上限制中国，经常在核心零件上卡我们脖子。在技术上受制于人，导致上海微电子90nm光刻机无法规模化量产。
同时，西方国家对中国开放65nm光刻机，并通过各种渠道游说中国政府和国企，中国能够采购到比国产更先进的光刻机后，或多或少的影响了对光刻机核心零部件的研发，不同程度上减少了对上微的扶持力度。
因国内光刻机市场被外商占据，上微重金研发的90nm光刻机因光源技术上受制于人，导致产能不稳定，巨额研发资金血本无归。国家减少了扶持力度，导致上海微电子效益很差，研发人员无法安心研发技术，厂子人心浮动，造成大批技术骨干流失。
西方国家绞杀+在没有掌握核心设备生产能力+科研资金有限+技术团队流失的情况下，上海微电子的光刻机无法升级，所以到现在一直卡在90nm。
随着核高基02专项解决了光源、物镜等核心部件受制于人的情况，国产光刻机技术进步即将迎来一个发展期，虽然据小道消息称已经成功研发出55nm级别的光刻机，但由于有国外大厂淘汰的二手设备的存在，使国产光刻机基本不具备市场竞争力。
而本次上海微电子发布的平板显示光刻机，产品良率高达95%的高亮度LED光刻机，MEMS和功率器件光刻机主要针对LED制造和MEMS和功率器件等领域；同样，中科院光电技术研究所自主研制成功紫外纳米压印光刻机并非能取代ASML产品的存在，仅仅是在微纳流控芯片加工、微纳光学元件、微纳光栅、NMEMS器件等微纳结构器件的制备方面具有市场潜力。该光刻机有可能是瑞典Obducat公司的Eitre-3同类型产品，而且很有可能依旧处于实验室阶段。
最后，期待这些国产光刻机早日产业化，也祝愿国产光刻机能越做越好，缩短和ASML的技术差距。
（作者：铁流  微信公众号：tieliu1988）
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新华社成都3月23日电（记者李华梁）记者23日从中科院光电技术研究所获悉，该所微电子专用设备研发团队自主研制成功紫外纳米压印光刻机。
据中科院光电所微电子装备总体研究室主任胡松介绍，该所自主研发的新型光刻机，将纳米压印这一新型高分辨力光刻技术，与具有低成本、高效率特点的紫外光刻技术有机结合。
记者了解到，这套设备采用新型纳米对准技术，将原光刻设备的对准精度由亚微米量级提升至纳米量级。对准是光刻设备三大核心指标之一，是实现功能化器件加工的关键。该所在国家自然基金的连续资助下，完成基于莫尔条纹的高精度对准技术自主研发，取得专利20余项。
“该技术在光刻机中的成功应用突破了现有纳米尺度结构加工的瓶颈问题，为高精度纳米器件的加工提供了技术保障。”胡松说。
据悉，该设备可广泛应用于微纳流控晶片加工、微纳光学元件、微纳光栅、NMEMS器件等微纳结构器件的制备，具有广阔的应用前景，目前已完成初试和小批生产，并已在高校与企业用户中推广。
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