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光刻機和極紫外光刻技術的探索之路

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資料顯示,1977年,我國最早的光刻機-GK-3型半自動光刻機誕生,這是一臺接觸式光刻機,當時光刻機巨頭ASML還沒有出現,但美國在20世紀50年代就已經擁有了接觸式光刻機,日本的尼康和佳能也于60年代末開始進入光刻機領域。然而苦于當時國內生產工藝尚不成熟,所以光刻機也一直沒有得到更深入的研究。

到了八九十年代,“造不如買”的思想席卷了大批制造企業,大批企業紛紛以“貿工技”作為指導思想,集成電路產業方面也出現了脫節。在這樣的大環境下,光刻機產業同樣也出現了衰退。雖然后續一直在追趕國外列強的腳步,但產業環境的落后加上本來就與世界先進企業有差距,使得中國終究沒有在高端光刻機領域留下屬于自己的痕跡。

2000年后,全球半導體產業開始興旺,中國也重新開始重新關注并發展EUV技術。最初開展的基礎性關鍵技術研究主要分布在EUV光源、EUV多層膜、超光滑拋光技術等方面。

2007年,中國科學院上海光學精密機械研究所“極紫外光刻機光源技術研究”項目通過驗收;

2008年,“極大規模集成電路制造裝備及成套工藝”國家科技重大專項(又稱02專項)將EUV技術列為下一代光刻技術重點攻關的方向。中國企業將EUV列為了集成電路制造領域的發展重點對象,并計劃在2030年實現EUV光刻機的國產化;

2013年,中科院承擔的“深紫外固態激光源前沿裝備研制”項目通過驗收,在國際上首次實現了1064nm激光的6倍頻輸出,將全固態激光波長縮短至177.3nm,首次將深紫外激光技術實用化、精密化,并最終發展出實用化的深紫外固態激光源(DUV-DPL),開啟了中國的深紫外時代;

2016年,清華大學“光刻機雙工件臺系統樣機研發”項目成功通過驗收,標志中國在雙工件臺系統上取得技術突破,在實現光刻機國產化萬里長征上踏出了重要一步;

2017年,長春光機所牽頭承擔的02專項項目“極紫外光刻關鍵技術研究”通過驗收,項目研究團隊歷經八年的潛心鉆研,突破了制約我國極紫外光刻發展的超高精度非球面加工與檢測、極紫外多層膜、投影物鏡系統集成測試等核心單元技術,成功研制了波像差優于0.75nm RMS的兩鏡EUV光刻物鏡系統,構建了EUV光刻曝光裝置,國內首次獲得EUV投影光刻32nm線寬的光刻膠曝光圖形。該項目的順利實施顯著提升了我國極紫外光刻核心光學技術水平,將我國極紫外光刻技術研發向前推進了重要一步;

2018年,由中國科學院化學研究所、中國科學院理化技術研究所、北京科華微電子材料有限公司聯合承擔的02專項項目“極紫外光刻膠材料與實驗室檢測技術研究”通過驗收。經過項目組全體成員的努力攻關,完成了EUV光刻膠關鍵材料的設計、制備和合成工藝研究、配方組成和光刻膠制備、實驗室光刻膠性能的初步評價裝備的研發,達到了任務書中規定的材料和裝備的考核指標;

2018年,國家重大科研裝備研制項目“超分辨光刻裝備研制”通過驗收。該光刻機由中國科學院光電技術研究所研制,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。結合雙重曝光技術后,未來還可用于制造10納米級別的芯片;

2019年,武漢光電國家研究中心甘棕松團隊,采用二束激光在自研的光刻膠上突破了光束衍射極限的限制,采用遠場光學的辦法,光刻出最小9nm線寬的線段,實現了從超分辨成像到超衍射極限光刻制造的重大創新……

可以看到,在光刻機的自主研發進程上,中國也取得了很大的進步。但真正能夠實現工業應用的光刻機技術,距離國際先進水平仍有較大距離。


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