中國科學院開發的5納米超高精度雷射光刻技術

2020-12-02 網易新聞

2020-12-01 23:57:35　來源: 富民

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　　今年7月，研究進展發表在中國科學院的官方網站上。中國科學院蘇州研究所和國家納米中心在《納米快報》上發表了題為「製備5納米間隙電極的超解析度雷射光刻技術」。「超解析度雷射光刻技術在5 nm納米間隙電極和陣列上」的研究論文介紹了該團隊開發的新的5 nm超高精度雷射光刻處理方法。

　　

　　該論文發表在《納米快報》（Nano Letters）上。圖片摘自ACS官方網站

　　新聞發布後，外界開始沸騰。一些媒體聲稱，這項技術可能「突破ASML的壟斷地位」，「 China Chip取得了重大進展」。

　　該論文的通訊作者，中國科學院研究員，博士生導師劉謙對《財經》記者說，這是一種誤解，而且該技術不同於極紫外光刻技術。

　　極紫外光刻技術主要解決了光源波長的問題。極端紫外線（Extreme Ultra-violet，簡稱EUV）是一種光刻技術，它使用波長為10-14納米的極端紫外線作為光源。

　　集成電路的線寬是指可以通過特定工藝光刻確定的最小尺寸，通常稱為「 28納米」和「 40納米」。該尺寸主要由光源的波長和數值孔徑確定。掩模上電路布局的大小也會影響光刻的大小。當前主流的28-nm，40-nm和65-nm線寬工藝均使用浸沒式光刻技術（波長為134 nm）。但是，在諸如5nm的先進工藝中，由于波長限制，浸沒式光刻技術無法滿足更精細工藝的需求。這就是極端紫外線光刻機誕生的背景。

　　中國科學院開發的5納米超高精度雷射光刻加工方法的主要目的是製造光掩模。這是集成電路光刻製造中必不可少的部分，並且是限制最小線寬的瓶頸之一。目前，中國生產的標線主要是低檔，大部分設備材料和技術都來自國外。

　　劉謙告訴《財經》記者，如果可以將超高精度雷射光刻處理技術用於高精度光罩的製造，那麼有望提高我國光罩的製造水平，減小光罩的線寬。現有的光刻機晶片。這也是非常有用的。該技術完全獨立於智慧財產權，其成本可能低於目前的水平，並且具有產業化的前景。

　　但是，即使該技術已經商業化，以打破荷蘭ASML（NASDAQ：ASML）在光刻機上的壟斷地位，仍然需要突破許多核心技術，例如透鏡的數值孔徑和透鏡的波長。光源。

　　如果您將光刻機看作是倒置的投影儀，則該掩模相當於一張幻燈片。光源穿過掩模，並且將設計的集成電路圖案投影到光敏材料上，然後通過蝕刻工藝將圖案轉印到半導體晶片上。

　　

　　原理圖：首先通過雷射將電路設計寫在光掩模上，然後用光致抗蝕劑通過掩模將光源照射到矽晶片的表面上。

　　通常，每個掩模版的布局是不同的，並且通常需要一組不同的掩模版來製造晶片。掩模版的生產要求非常高，這使其非常昂貴。例如，一套45nm節點CPU標線片的成本約為700萬美元。如今，隨著產品個性化和小批量化的趨勢，標線片的價格在整個晶片成本中迅速飆升。

　　高埠罩在中國仍然是「瓶頸」技術。在半導體領域，除了可以獨立生產的英特爾（NASDAQ：INTC），三星（PINK：SSNLF）和臺積電（NYSE：TSM）之外，美國光電子公司（NASDAQ：PLAB）主要使用高端掩模。Dainippon Printing Co.，Ltd.（DNP）和Toppan Printing Co.，Ltd.（PINK：TOPPY）由三個公司壟斷。根據第三方市場研究機構前瞻性產業研究所的數據，這三家公司佔全球市場份額的82％。

　　數據來源：前瞻產業研究院圖：陳一帆

　　而且，這項技術仍處於實驗室階段，要實現商業化還有很長的路要走。ASML於1999年開始開發極紫外光刻機，直到2010年才發布第一款原型機。首款7nm極紫外工藝晶片於2019年商業化，歷時20年。這是技術必須從實驗室支付到商業用途的時間成本。

　　半導體行業已經發展了60多年，實現摩爾定律的關鍵在於光刻機可以不斷實現更小的解析度，在單位面積上在晶片上製造更多的電晶體，並提高晶片的集成度。如果沒有光刻機，那麼根本就不會有先進的晶片製造。根據第三方市場研究機構Foresight Industry Research Institute的調查，全球光刻機市場的74％在2019年由荷蘭ASML公司壟斷。ASML也是世界上唯一可以批量生產極限紫外光刻機的公司。

　　

　　如何突破專利保護層也是獲得完全獨立的光刻機的難題之一。極紫外光刻技術的領域就像是一個充滿地雷的戰場。ASML通過大量專利和智慧財產權保護來壟斷該技術。

　　長期以來，該行業一直在嘗試另一條技術路線。例如，中國科學家和普林斯頓大學的周瑜於1995年首次提出了納米壓印技術，但仍無法克服商業化的困境。

　　而且，極紫外光刻機的成功商業化不僅是ASML的工作，更像是一個集成的創新平臺，其中近90％的核心組件來自世界各地的公司。ASML通過收購開放了上遊業務。產業鏈，例如德國的卡爾·蔡司的雷射系統，美國的矽谷光刻集團的雷射系統以及西盟科技的紫外線光源。目前，沒有任何國家可以獨立完成光刻機的製造。在極短的時間內，中國幾乎不可能突破ASML在極端紫外光刻技術中的壟斷地位。

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