點(diǎn)亮中國“芯”，這件專(zhuān)利會(huì )是國產(chǎn)光刻機的錦鯉嗎？

　　導語(yǔ)：

　　隨著(zhù)需求越來(lái)越旺盛，工藝也越來(lái)越精細化，對光刻機的要求也越來(lái)越精密，國內光刻機市場(chǎng)潛力巨大。華卓精科作為中國光刻機核心零部件頂尖供應商，已經(jīng)攻克高端光刻機雙工件臺這一難題，突破了荷蘭ASML公司在這一領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，成為世界上第二家掌握這一核心技術(shù)的公司。目前正在開(kāi)發(fā)新一代浸沒(méi)式雙工件臺，預計可以延伸至10納米工藝節點(diǎn)，這也為國產(chǎn)高端光刻機的生產(chǎn)迎來(lái)了曙光。

　　中美貿易大戰把當今最先進(jìn)的半導體產(chǎn)業(yè)推上了風(fēng)口浪尖上。半導體芯片生產(chǎn)主要包括IC設計、IC制造、IC封測三大環(huán)節。在半導體芯片的產(chǎn)業(yè)鏈上，前端設計環(huán)節，國際上高手如云，如Intel， 高通，博通，AMD等，國內有華為海思突破重重技術(shù)壁壘，已經(jīng)研制出7nm麒麟芯片，高端芯片設計能力沖到了世界前沿水平;后端封測環(huán)節，長(cháng)電科技、華天科技、通富微電、晶方科技通過(guò)收購合并的方式不斷地壯大實(shí)力。整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上，國內半導體芯片的產(chǎn)業(yè)發(fā)展就卡在IC制造這一塊上了。

　　圖1：IC制造圖

　　來(lái)源：方象知產(chǎn)研究院

　　IC制造主要包括制造晶棒、生產(chǎn)晶圓、晶圓涂膜、顯影和蝕刻，摻雜等，半導體線(xiàn)路的線(xiàn)寬，還有芯片的性能和功耗都與光刻工藝息息相關(guān)，光刻的耗時(shí)占到整個(gè)IC生產(chǎn)環(huán)節的一半左右，占芯片生產(chǎn)成本的1/3， 光刻在芯片制造中非常重要。光刻整個(gè)過(guò)程在光刻機上完成，光刻機就好比放大的單反，將已設計好的集成電路圖形通過(guò)光線(xiàn)的曝光印在光感材料上形成圖形。將數十億晶體管集成在2-3cm2的方寸之地，光刻機需達到幾十納米甚至更高的圖像分辨率，堪稱(chēng)世界上最精密的儀器。光刻機影響到最終產(chǎn)品質(zhì)量的核心技術(shù)指標就是分辨率、套刻精度和產(chǎn)率。

　　光刻的耗時(shí)占到整個(gè)IC生產(chǎn)環(huán)節的一半左右，占芯片生產(chǎn)成本的1/3。光刻整個(gè)過(guò)程在光刻機上完成，光刻機就好比放大的單反，將已設計好的集成電路圖形通過(guò)光線(xiàn)的曝光印在光感材料上形成圖形。將數十億晶體管集成在2-3cm2的方寸之地，光刻機需達到幾十納米甚至更高的圖像分辨率，堪稱(chēng)世界上最精密的儀器。光刻機影響到最終產(chǎn)品質(zhì)量的核心技術(shù)指標就是分辨率、套刻精度和產(chǎn)率。

　　現階段我國的光刻機面臨著(zhù)兩大問(wèn)題：

　　嚴重供不應求

　　嚴重供不應求。目前全球能生產(chǎn)光刻機的廠(chǎng)家為數不多，主要有荷蘭的ASML、日本的NIKON和CANON以及中國的上海微電子裝備公司SMEE。2017年全球晶圓需求達1160萬(wàn)片，國內達到110萬(wàn)片，2020年國內對12寸大硅片需求從42萬(wàn)片增加到105萬(wàn)片，2020年對8寸硅片需求從70萬(wàn)片增加到96.5萬(wàn)片，我國去年一年從西方進(jìn)口芯片就超過(guò)1萬(wàn)五千億人民幣，且這個(gè)趨勢還在不斷地上升。而對如此大的芯片市場(chǎng)，我國光刻機的設備還是以中低端為主，尤其是EUV設備的生產(chǎn)，處于空白狀態(tài)。ASML公司今年預計出產(chǎn)18臺EUV設備，明年將增長(cháng)到30臺，數量極少，加之中國尖端芯片制造設備的進(jìn)口受到限制，根本無(wú)法滿(mǎn)足中國的光刻機市場(chǎng)需求。而芯片的設計已經(jīng)把芯片的制造甩了好幾條街，光刻機的研發(fā)跟芯片設計的節奏相差甚遠。

　　跟國際先進(jìn)水平相差巨大。目前能夠生產(chǎn)最先進(jìn)的沉浸式光刻機有ASML、尼康和佳能，佳能和尼康基本放棄EUV光刻機的研發(fā)，能夠提供EUV光刻機的目前只有ASML，也就說(shuō)未來(lái)7nm以下的工藝，ASML一家獨霸天下了。ASML是光刻機領(lǐng)域當之無(wú)愧的龍頭老大，壟斷高端光刻機市場(chǎng)，占據高達80%的市場(chǎng)份額，是全球幾大芯片廠(chǎng)家的供應商。國內目前生產(chǎn)光刻機的有上海微電子裝備有限公司，中子科技集團公司第四十五研究所國電，合肥芯碩半導體有限公司，先騰光電科技有限公司和無(wú)錫影速半導體技術(shù)有限公司，目前代表國產(chǎn)化的光刻機最先進(jìn)的水平就是上海微電子裝備有限公司，已經(jīng)實(shí)現90納米的量產(chǎn)，還需要跨越65nm， 45nm， 32nm， 22nm， 14nm，10nm幾大技術(shù)臺階，路還很漫長(cháng)。

　　國家政策和資金扶持

　　一臺EUV光刻機售價(jià)超過(guò)1億歐元，同樣，光刻機的研制成本也是非常巨大，光靠企業(yè)難以支撐。目前國家16個(gè)重大專(zhuān)項中的02專(zhuān)項(極大規模集成電路制造裝備與成套工藝專(zhuān)項)就提出2020年將生產(chǎn)22納米工藝的光刻機。國家的政策和資金的支持，也給我國光刻技術(shù)的可持續發(fā)展夯實(shí)了堅實(shí)的基礎。

　　華卓精科背負著(zhù)將清華大學(xué)在02專(zhuān)項的高端壟斷技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化的使命，專(zhuān)做IC制造、光學(xué)、超精密制造等行業(yè)的整機裝備、核心子系統、關(guān)鍵零部件等，其中光刻機雙工件臺是華卓精科最核心主打的產(chǎn)品。

　　雙工件臺，指的是一片硅晶圓在一個(gè)工作臺進(jìn)行光刻曝光的同時(shí)，另一片晶圓在第二個(gè)工作臺進(jìn)行測量對位，這樣大幅提高工作效率與對位精度。

　　光刻機的兩大核心子系統雙工件臺的運動(dòng)誤差必須保持在2納米以?xún)?，相當于人頭發(fā)絲直徑的四萬(wàn)分之一。光刻機雙工作臺與浸沒(méi)式設備是整個(gè)行業(yè)發(fā)展的轉折點(diǎn)，也是近年來(lái)各梯隊的差距所在。比如之前的主要光刻設備廠(chǎng)商尼康和佳能，就在浸沒(méi)式光刻產(chǎn)品上落后于阿斯麥，直接甩到了第二梯隊。

　　從華卓精科的專(zhuān)利檢索可看出，華卓精科的專(zhuān)利申請量約1/3都與光刻工藝相關(guān)，如下圖。

　　圖2：華卓精科專(zhuān)利申請圖

　　來(lái)源：方象知產(chǎn)研究院

　　從上圖可知， G03F領(lǐng)域的專(zhuān)利申請占比最大，其專(zhuān)利申請主要涉及超精密加工和檢測設備，具體來(lái)說(shuō)就是半導體光刻設備。華卓精科實(shí)現了6自由度微動(dòng)工作臺，這一技術(shù)標志著(zhù)國家高技術(shù)發(fā)展的水平，歐美和日本等擁有先進(jìn)光刻技術(shù)的國家均把超精密微動(dòng)工作臺的技術(shù)列為核心技術(shù)，嚴格限制對中國的出口。華卓精科研發(fā)成功的6自由度微動(dòng)工作臺，可用于補償光刻機硅片臺的定位誤差和調平調焦的功能。

　　其次是G01B，該部分專(zhuān)利申請主要涉及到半導體光刻設備工作臺位移測量等，華卓精科的特色在于其提供的平面光柵干涉儀位移測量系統，不僅具有測量精度高、結構簡(jiǎn)單和便于小型化集成等優(yōu)點(diǎn)，還可實(shí)現亞納米甚至更高分辨率及精度，能夠同時(shí)測量二個(gè)線(xiàn)性位移，進(jìn)而將工件臺的綜合性能極致化。

　　通過(guò)技術(shù)挖掘不難發(fā)現，華卓精科的雙工件臺具備高精度和快速響應的特性，其技術(shù)在世界上都處于領(lǐng)先地位。

　　重點(diǎn)專(zhuān)利介紹

　　專(zhuān)利申請號：CN200710118130.5

　　專(zhuān)利名稱(chēng)：一種6自由度微動(dòng)工作臺

　　被引證次數：28

　　主要發(fā)明內容：本發(fā)明的微動(dòng)工作臺采用并聯(lián)結構實(shí)現6自由度運動(dòng)，具有結構簡(jiǎn)單、緊湊、驅動(dòng)質(zhì)心低等優(yōu)點(diǎn)，采用電磁力直接驅動(dòng)，不存在機械摩擦，無(wú)阻尼，具有較高的位移分辨率，其輸出推力與輸入電流之間成線(xiàn)性關(guān)系，運動(dòng)控制技術(shù)成熟。

　　專(zhuān)利CN207992683U， “一種具有二級防撞保護結構的硅片臺雙臺交換系統”，這個(gè)就是有關(guān)華卓精科的雙工件臺的一件實(shí)用新型專(zhuān)利，涉及到一種6自由度微動(dòng)臺的防撞結構，最大限度地減小硅片臺的尺寸和重量，并使其受力均勻，并且大提高了對硅片臺內部結構的安全防護能力。與此相對應的，還有專(zhuān)利Six-degree-of-freedom displacementmeasurement method for exposure region on silicon wafer stage(在硅片臺上曝光區域中的6自由度位移測量方法)，此件專(zhuān)利在美國申請。繼二自由度，三自由度，五自由度之后，華卓精科通過(guò)不斷地創(chuàng )新研究，在雙工件臺上的技術(shù)實(shí)現了6自由度位移測量，這對硅片臺調平調焦很關(guān)鍵，硅片的光刻精度提高的同時(shí)也大大降低測量的復雜性。