光刻機是芯片製造最爲頂級的設備,最爲核心的技術主要在於“極紫外光源、光學鏡頭和雙工件臺”三個方面,其次還有高達上十萬個零部件、三千多根線路,長達兩公里的短軟管等,全身重量高達180噸的光刻機,可以說至今沒有任何國家能夠獨立製造出來。

即使是荷蘭ASML這樣頂級的光刻機企業,所生產出來的光刻機內部,採用了美國提供的極紫外光源技術、日本和德國提供的光學設備和瑞典的軸承零件,就連光刻機的組裝製造也是三星和臺積電協助的。而在中芯國際向ASML購入7納米EUV光刻機遲遲未到貨的情況下,上海微電子將交付28納米光刻機的消息傳來,無疑給中國集成電路行業注入了一支強心劑,但也引發了不少質疑——主要集中在其有沒有自己的核心技術,是不是一個名副其實的光刻機組裝廠等等。

倘若按照這個邏輯,採用萬國技術打造光刻機的ASML應該也是一家組裝廠,如果供應ASML技術的各國企業,能將最爲先進的技術零部件賣給國內光刻機企業,相信高端光刻機的誕生時限也會提前。其實中國光刻機的國產化之路從未停止,我們的目標就是將光刻機的核心技術掌握在自己手中。

我國在光刻機最核心的三大技術上已經有所突破,極紫外光源技術早已成爲了國家科技重大專項02專項,中科院長春光機所的極紫外光刻機關鍵技術研究已經通過驗收。光學鏡頭也已經處在研發立項當中。而作爲ASML獨門絕技的雙工件臺技術,中國民企華卓精科已經突破納米級的限制,成爲全球第二家擁有雙工件臺知識產權的公司,而且華卓精科的雙工件臺經過多重曝光可用於7納米芯片的生產。

雙工件臺到底有什麼用?爲什麼它是光刻機最爲尖端的部件?芯片製成的步驟就相當於將圖紙上的線路圖“畫”在硅片上的過程,光刻機的光學系統將光源透射過畫有線路圖的掩膜,按照一定的比例刻在硅片上,此時的光源相當於芯片的雕刻刀,這就是以光源爲主的曝光光學系統。其中將掩膜上的電路圖成比例縮小的工具就是物鏡,這些光學鏡頭還可以補償光源透射過程的各種誤差,提高芯片的雕刻精度。所以當晶圓在加工過程中,先要經過測量才能開始曝光,這就要依次用到測量臺,然後再用到曝光臺。

在2001年ASML研製出雙工件臺之前,這些步驟都要在一個單工件臺上完成,而雙工件臺的出現可以使得晶圓的曝光和測量同時進行,極大提高了芯片的產能和效率。

其實中國早在上世紀70年代就涉足了光刻機領域,清華機械系研發的步進式光刻機因爲當時芯片市場規模不大而未得到推廣,但在數十年後清華機械工程系一個名爲朱煜的教授在中國的光刻機史上留名,他就是國產雙工件臺的奠基人。

日本光刻機巨頭尼康的社長在一次訪問中國時,提及中國光刻機說到:光刻機的光學設備你們可能拿的下來,但想攻克工件臺幾乎是不可能的。2012年朱煜與清華IC裝備團隊中的7人聯合投資成立了華卓精科,目標就是攻克光刻機超精密雙工件臺技術。

在原有的技術積累和國家專項資金的扶持下,歷經短短數年時間華卓精科的雙工件臺樣機,就通過國家科技重大項目的驗收,中國也成爲繼荷蘭之後第二個掌握光刻機雙工件臺技術的國家。華卓精科的雙工件臺運用磁懸浮電機方案,可以利用磁懸浮電機驅動超精密的乘片臺,最高能實現納米級分辨率的套刻精度。

爲什麼華卓精科能在如此短的時間內,突破雙工件臺這樣的高尖端技術呢?其實這就是光刻機技術的後發優勢,當時朱煜團隊在涉足工件臺領域時,研發的方案相對落後。但在ASML採用磁懸浮平面電機方案研製的雙工件臺誕生後,朱煜團隊立刻換成了最新的方案,這也是華卓精科少走很多彎路的原因。

華卓精科的雙工件臺目前主要用於65納米至28納米浸沒式光刻機的研發,對於國產光刻機的賦能意義重大,而且1.7納米的華卓精科工件臺結合28納米沉浸式光刻機,在理論上可以經過多重曝光實現7納米芯片的製造。相信華卓精科在立足國產技術的同時,必定帶給我們更多的驚喜。

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