网站建设环境软件有哪些,hltm 做网站教程,app开发和维护费用,网站建设搭建运营来源#xff1a;芯通社近两年#xff0c;中国芯片产业受到了严重打击#xff0c;痛定思痛之余也让国人意识到芯片自主研发的重要性。从2008年以来#xff0c;十年间#xff0c;芯片都是我国第一大宗进口商品#xff0c;进口额远超于排名第二的石油。2018年我国进口集成电…来源芯通社近两年中国芯片产业受到了严重打击痛定思痛之余也让国人意识到芯片自主研发的重要性。从2008年以来十年间芯片都是我国第一大宗进口商品进口额远超于排名第二的石油。2018年我国进口集成电路数量为4175.7亿个集成电路进口额为3120.58亿美元这组数据清晰的反映出我国中高端芯片技术能力的缺失及对外依赖的严重程度。我国生产芯片的技术水平与国外先进企业相比存在较大的差距且生产芯片的工具及工艺也被国外几个公司垄断。其中光刻机被誉为人类20世纪的发明奇迹之一是集成电路产业皇冠上的明珠研发的技术门槛和资金门槛非常高。当今能够制造出光刻机的国家仅有荷兰、美国、日本等少数几个国家荷兰的ASML是该领域绝对的龙头老大它的光刻机占据全球市场的80%左右。光刻机用途广泛除了前端光刻机之外还有用于LED制造领域投影光刻机和用于芯片封装的后道光刻机在此只介绍前端光刻机。1.背景技术及工作原理光刻(lithography)设备是一种投影曝光系统由紫外光源、光学镜片、对准系统等部件组装而成。在半导体制作过程中光刻设备会投射光束穿过印着图案的光掩膜版及光学镜片将线路图曝光在带有光感涂层的硅晶圆上。通过蚀刻曝光或未受曝光的部份来形成沟槽然后再进行沉积、蚀刻、掺杂架构出不同材质的线路。此工艺过程被一再重复将数十亿计的MOSFET或其他晶体管建构在硅晶圆上形成一般所称的集成电路。光刻工艺在整个芯片制造过程中至关重要其决定了半导体线路纳米级的加工度对于光刻机的技术要求十分苛刻对误差及稳定性的要求型极高相关部件需要集成材料、光学、机电等领域最尖端的技术。因而光刻机的分辨率、精度也成为其性能的评价指数直接影响到芯片的工艺精度以及芯片功耗、性能水平。因此光刻机是集成电路制造中最庞大、最精密复杂、难度最大、价格最昂贵的设备。光刻机的分辨率决定了IC的最小线宽。想要提高光刻机的成像分辨率,通常采用缩短曝光光源波长和增大投影物镜数值孔径两种方法。根据所述光源的改进光刻机经历了第一代是436nm g-line第二代是365nm i-line第三代是248nm KrF第四代193nm ArF最新的是13.5nm EUV。其中193nm ArF也被称为深紫外光源。使用193nmArF光源的干法光刻机其光刻工艺节点可达45/40nm由于当时光源波长难以进一步突破因此业界采用了浸没技术等效缩小光源波长(193nm变化为134nm)的同时在液体中镜头的数值孔径得以提高(0.50-0.93变化为0.85-1.35)、且应用光学邻近效应矫正(OPC)等技术后193nm ARF干法光刻极限工艺节点可达28nm。到了28nm工艺节点之后单次曝光图形间距已经无法进一步提升业界开始采用Multiple patterning(多次曝光和刻蚀)的技术来提高图形密度但由此引入的掩膜使得生产工序增加导致成本大幅上升且良率问题也如影随行。据悉业内巨头台积电及英特尔的7nm工艺仍然在使用浸入式ArF的光刻设备但沉浸式光刻终于7nm之后的下一代工艺节点难以再次发展EUV成为了解决这一问题的关键目前EUV光刻机光源主要采用的办法是将准分子激光照射在锡等靶材上激发出13.5nm的光子作为光刻机光源。各大Foundry厂在7nm以下的最高端工艺上都会采用EUV光刻机其中三星在7nm节点上就已经采用了。而目前只有荷兰ASML一家能够提供可供量产用的EUV光刻机国内的光刻机技术从20世纪70年代开始就先后有清华大学精密仪器系、中科学院光电技术研究所、中电科45所投入研制目前国内厂商只有上海微电子(SMEE)及中国电科(CETC)旗下的电科装备其中SMEE目前量产的性能最好的为90nm(193 ArF)光刻机与国际水平相差较大。另一方面投影物镜是光刻机中最昂贵最复杂的部件之一提高光刻机分辨率的关键是增大投影物镜的数值孔径。随着光刻分辨率和套刻精度的提高投影物镜的像差和杂散光对成像质量的影响越来越突出。浸没式物镜的轴向像差如球差和场曲较干式物镜增大了n倍在引入偏振光照明后投影物镜的偏振控制性能变得更加重要。在数值孔径不断增大的情况如何保持视场大小及偏振控制性能并严格控制像差和杂散光是设计投影物镜面临的难题。传统光刻机的投影物镜多采用全折射式设计方案即物镜全部由旋转对准装校的透射光学元件组成。其优点是结构相对简单易于加工与装校局部杂散光较少。然而大数值孔径全折射式物镜的设计非常困难。为了校正场曲必须使用大尺寸的正透镜和小尺寸的负透镜以满足佩茨瓦尔条件即投影物镜各光学表面的佩茨瓦尔数为零。透镜尺寸的增加将消耗更多的透镜材料大大提高物镜的成本而小尺寸的负透镜使控制像差困难重重。为了实现更大的数值孔径近年来设计者普遍采用折反式设计方案。折反式投影物镜由透镜和反射镜组成。反射镜的佩茨瓦尔数为负不再依靠增加正透镜的尺寸来满足佩茨瓦尔条件使投影物镜在一定尺寸范围内获得更大的数值孔径成为可能。数值孔径是光学镜头的一个重要指标产业化的光刻物镜工作波长经历了436nmG线365nm线,248nmKRF,193nmArF和13.5nm极紫外相应的物镜设计也在不断的提高数值孔径。以现在世界主流的光刻机深紫外浸入式光刻机紫外光线来说要想达到22纳米的水平那么物镜的数值口径要达到1.35以上要达到这个口径很难因为要加工亚纳米精度的大口径的镜片用到的最大口径的镜片达到了400毫米。目前只有德国的光学公司可以达到另外日本尼康通过购买德国的技术也可以达到。虽然目前国内国防科大精密工程团队自主研制的磁流变和离子束两种超精抛光装备实现了光学零件加工的纳米精度但浸没式光刻物镜异常复杂涵盖了光学、机械、计算机、电子学等多个学科领域最前沿二十余枚镜片的初始结构设计难度极大——不仅要控制物镜波像差更要全面控制物镜系统的偏振像差。因此在现阶段国内物镜也无法完全替代进口产品。2.专利分析从国内外市场格局来看ASML占据了全球主要的市场份额而日本尼康其先进光刻机由于性能问题并未受到半导体制造商的青睐目前主要经营为面板光刻机佳能保留低端半导体i-line和Kr-F光刻机退出了高端光刻机的角逐从2019年ASML和尼康的财报可以进一步看出。根据ASML的2019年第一季度财报虽然其较2018年第四季度收益有所下降但仍然有16.89亿欧元的营收其中ArF Dry占据4%KrF占据9%i-line占据2%Metrologyinspection占据3%EUV占据22%ArF Immersion占据60%。而尼康2019年财报半导体光刻业务临时利润为15亿日元约为9105万人民币与ASML相距甚远。国内光刻机虽与ASML相距甚远但在曝光系统及双工作台系统也取得了一些成就如2017年中科院院长春光精密机械与物理研究所牵头研发“极紫外光刻关键技术”通过验收北京华卓荆轲科技股份有限公司成功打破了ASML在工作台上的技术垄断。通过incopat工具对光刻机相关专利进行检索分析得到该领域2000年至今的年申请趋势图重点申请人申请数量排名EUV光刻机重点申请人申请数量排名。图1光刻机全球申请量趋势数据来源incopat2000-2018年从图1可以看出2000-2004年迎来了光刻机专利申请的第一次快速增长这一时期Intel、VIA及IBM等企业设计的半导体芯片性能快速提升对半导体制程提出了越来越高的要求光刻机技术不断提升使得申请量也随之攀升。而在光刻机研发到193nm时遇到瓶颈ASML联手多家芯片巨头将193浸润式光科技树延伸至15nm在此期间专利申请量下滑但沉浸式光刻在7nm之后难以发展EUV光刻机成为了解决这一问题的关键因此近些年光刻机的相关技术专利申请呈现在此增长的趋势。图2光刻机专利申请地域分布图数据来源incopat2000-2018年从地域分布来看在光刻机领域日本的专利申请量最多日本企业除了在本国大量布局之外比较重视在美国、韩国、中国台湾和中国大陆的专利布局说明日本作为传统的光刻机领头羊在中低端光刻机的研发投入了大量精力布局了大量相关专利其在中低端光刻技术上的实力雄厚。但在高端光刻机领域日本技术仍有待提升。与之相比中国相关专利申请量较少说明光刻机技术门槛高且国内没有过多的技术积累发展较慢。图3左图为光刻机重点申请人申请量排名;右图为EUV重点申请人申请量排名数据来源incopat2008-2018年图3为近几年关于EUV专利重点申请人排名与光刻机重点申请人申请排名比较其中关于EUV光刻机重点申请人申请数量ASML位列第二名排名第一的光学仪器企业卡尔蔡司(Carl Zeiss)及排名较为靠前的海力士及三星均为ASML的合作伙伴日本尼康及佳能分别位列第四及第六位。对比光刻机重点申请人专利申请数量及EUV光刻机重点申请人专利申请数量不难看出日本佳能及尼康在EUV光刻机研究上已经与ASML拉开较大差距逐渐退出高端光刻机额角逐究其原因为(1)ASML无上下游企业专注研发且核心技术绝对保密(2)ASML的特殊规定想获得ASML光刻机的优先使用权的企业需入股ASML台积电三星英特尔海力士纷纷入股以寻求互惠互利。如在光刻机进入193nm节点时ASML与台积电联合开发的浸润式光刻机是奠定ASML绝对霸主的关键一步。(3)ASML每年将营业额的15%用于研发高额的研发费用让尼康和佳能望而却步逐步退出高端光刻机的角逐。3.结论光刻机在芯片制造过程中起着至关重要的作用随着器件特征尺寸的不断缩小对光刻机的精度要求越来越高作为芯片制造业巨头三星、台积电、因特尔已纷纷入股ASML以谋求其高端光刻设备共同开发与优先采购权国内光刻机领域虽然取得一些进展但仍然与国际水平差距巨大仅仅依靠进口国内的芯片制造行业势必受制于人加快光刻机的研制步伐刻不容缓。参考文献http://www.sohu.com/a/213887254_468750徐明飞.2017.高数值孔径投影光刻物镜的光学设计[D]http://blog.sina.com.cn/s/blog_bde252a80102woqm.html程建瑞.2015.EUV光刻技术的挑战[J].电子工业专用设备.张金颖.2019.荷兰光刻巨头崛起对我国发展核心技术的启示[J].中国工业和信息化.王龙兴.2018.全球半导体设备的市场分析[J].上海市集成电路行业协会
