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导读: 2018年11月29日,一则名为“宽刀雕细活 我国造出新式光刻机”的消息刷爆网络,援引自新闻中的消息,我们可以看到,由我国中科院澳门威尼斯人网址技术研究所承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨率装备研制”通过验收。

2018年11月29日,一则名为“宽刀雕细活 我国造出新式光刻机”的消息刷爆网络,援引自新闻中的消息,我们可以看到,由我国中科院澳门威尼斯人网址技术研究所承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨率装备研制”通过验收。很多人振奋的原因在于这是我国自行研制的世界首台利用紫外光源实现22nm分辨率的光刻机,这意味着我国在微电子技术领域再次迈出了坚实的一步,缩小了与全球在该领域的差距。在祝贺伟大祖国的同时,我们总结了一下目前关于这方面的学术研究,为大家浅析该技术让所有国人为之震动,举国欢庆的原因。

拒绝技术垄断 国产首台超分辨光刻机技术浅析

何为光刻机?

说道光刻机,就不得不说与我们生活息息相关的半导体芯片,在日常生活中,小到我们每天都要接触的手机、笔记本,大到导弹卫星、航天科技等高科技产品,其内都包含有大量的半导体芯片。不客气的说半导体芯片已经渗透到我们生活的各个领域,而半导体技术的发展也将极大程度上促进当今科学技术的进步与发展。但产品的特性决定了半导体技术必须向高度集成的方向发展,集大成者——光刻机应运而生。

光刻机通又叫做掩模对准曝光机,曝光系统,光刻系统等,整个光刻过程我们可以理解为在硅片表面匀胶,然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。通俗理解光刻机就是极大规模机集成电路的制造设备,其结合了光学、控制、材料、机械、测量等多领域的高精尖科技成果。光刻机的发展水平对于整个半导体芯片的集成电路以及最终性能有着决定性的作用,不夸张的说谁掌握了最高端的光刻机技术,也就掌握了当代半导体制造业的领导地位。由此可见,光刻机作为其中含金量最高的部分组建,在国际上的地位之重以及制造难度之大。

但先进的光刻机技术一直以来都掌握在极少数发达国家手中,且更新换代的速度非常快,几乎每两年就会有一批新的光刻机出现。这对于发展中国家研究光刻机技术而言无疑的灾难性的,由于技术封锁加上科技落后,就算致力于发展光刻机技术,往往花费数年研制出光刻机却已经比国外的光刻技术晚了两到三代的水平。这就会造成一个国家的整体科技领域发展要受制于人,困难重重。除了花费高昂的价格购入先进的半导体装备外别无它路。在我国,半导体芯片的需求量巨大,此次成功研制出超分辨率光刻机对于国内的半导体制造业而言意义重大,相信在未来必然会改变这种被动的局面。

“弯道超车” 原理性的胜利

从新闻中截取出的消息我们可以看到,此次中科院澳门威尼斯人网址技术研究所研制的光刻机是在365nm波长的DUV光源下,单次曝光最高线宽分辨率达到22nm,相当于1/17波长。对于很多略懂科技的人员来说,我们都知道22nm的光刻技术其实在几年前就被使用,如果单拿22nm来说此次澳门威尼斯人网址技术研究所的成就并不足够震撼,但如果与全球领先的荷兰ASML的尖端集成电路光刻机对比我们会发展,ASML使用的是采用EUV光刻机的13.5nm光源,加工极限为7nm,而我国的光刻机采用的是DUV下的365nm光源,加工出了22nm的分辨率,这意味这我国研制的光刻机打破了传统的衍射极限,采用一种新的原理理念验证了表面等离子光刻加工的可行性。接下来为大家粗略解释一下这两种原理的光刻技术。

ASML光刻机光刻原理

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上图红框区域为ASML光刻机最主要的光刻过程,至于后续步骤中的检测设备、物镜反射等原理涉及到重复而又复杂的折射等光学原理,我们暂且不论。传统光刻机的工作原理大致可以理解为在硅片表面涂上一层抗深紫外光损伤的增光型保护涂层,之后利用模板去除保护涂层表面需要光刻的区域,这就像在硅片表面形成类似图纸一样的结构图。之后利用带有腐蚀剂的液体对硅片表面进行侵蚀,仍涂有保护层的区域并不会受到腐蚀剂的侵蚀,而失去保护膜的部分被腐蚀后则形成电路。最后去除掉硅片表面的所有杂质,一款硅片即光刻完成。

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而我们看到的物镜等系统作用就在于利用复杂的光学原理将模板进行“无限小”的缩像成印,而EUV光刻机利用13.5nm的光源光刻出7nm的芯片就在于此,但受限于衍射效应是有极限的,最终成像的分辨率等取决于波长、数值等因素,这也是目前EUV光刻机重点攻克的难点。同时,采用EUV光源的光刻机成本非常高,为攻克上述难点需要的成本同样高昂。

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