從自主研發(fā)到產(chǎn)業(yè)追趕，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)又一重大升級(jí)！
9月9日，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄（2024年版）》的通知。這份文件中特別提到了國(guó)產(chǎn)氟化氪（KrF）光刻機(jī)（110nm）和氟化氬（ArF）光刻機(jī)（65nm）。這兩款設(shè)備均屬于深紫外（DUV）光刻機(jī)范疇，標(biāo)志著中國(guó)在半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。更重要的是，這意味著中國(guó)已經(jīng)能夠制造自己的光刻設(shè)備來(lái)生產(chǎn)微芯片，甚至不再懼怕市場(chǎng)壟斷者荷蘭公司“ASML”的“制裁”。
而在這份報(bào)告中，更吸引眼球的是氟化氬（ArF）光刻機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)——波長(zhǎng)193nm、分辨率≤65nm、套刻≤8nm。那么，這意味著什么呢？
一、分辨率≤65nm、套刻≤8nm是什么水平？
光刻機(jī)是半導(dǎo)體制造的核心設(shè)備，用于在硅片上精確地刻畫(huà)電路圖案。隨著光源、曝光方式不斷改進(jìn)，光刻機(jī)經(jīng)歷了5代產(chǎn)品發(fā)展，每次改進(jìn)和創(chuàng)新都顯著提升了光刻機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的最小工藝節(jié)點(diǎn)。
· 第一代光刻機(jī)使用436nm波長(zhǎng)的光源；
· 第二代光刻機(jī)開(kāi)始使用365nm波長(zhǎng)的i-line光源；
· 第三代光刻機(jī)采用248nm波長(zhǎng)的KrF激光光源；
· 第四代光刻機(jī)則使用193nm波長(zhǎng)的ArF光源，屬于干式DUV光刻機(jī)；
· 當(dāng)前最先進(jìn)的第五代光刻機(jī)是極紫外（EUV）光刻機(jī)，使用13.5nm波長(zhǎng)的光源。
在五代光刻機(jī)中，第四代光刻機(jī)是目前使用最廣的光刻機(jī)，也是最具代表性的一代光刻機(jī)。第四代光刻機(jī)通過(guò)步進(jìn)式掃描投影、雙工作臺(tái)、浸沒(méi)式光刻三項(xiàng)主要光刻技術(shù)的創(chuàng)新，顯著提升了光刻機(jī)的工藝制造水平和生產(chǎn)效率。
此次國(guó)產(chǎn)氟化氬（ArF）光刻機(jī)是基于193nm光源的ArF光刻機(jī)，屬于第四代DUV光刻機(jī)，其分辨率能達(dá)到≤65nm。但值得注意的是，此性能尚未觸及浸沒(méi)式DUV技術(shù)的邊界，后者通過(guò)在投影物鏡與晶圓間引入液體介質(zhì)，進(jìn)一步提升了分辨率與套刻精度，能實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的制程工藝。
至于套刻精度≤8nm，人們總以為是國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)能搞定8nm芯片了，但其實(shí)套刻精度和芯片制程并非同一概念！具體而言，套刻精度是指光刻工藝中每一層圖形間的疊對(duì)精度，這一指標(biāo)對(duì)于保證芯片的性能和良率至關(guān)重要，因?yàn)槿魏螌?duì)準(zhǔn)偏差都可能導(dǎo)致電路連接錯(cuò)誤或器件失效，而隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，圖形的關(guān)鍵尺寸不斷減小，對(duì)套刻精度的要求也越來(lái)越高。因此，≤8nm實(shí)際上是指在先進(jìn)光刻工藝中實(shí)現(xiàn)的圖形層間對(duì)準(zhǔn)精度的極限值，它不僅是對(duì)光刻機(jī)機(jī)械精度、光學(xué)系統(tǒng)分辨率及過(guò)程控制算法等多方面技術(shù)綜合能力的考驗(yàn)，也是推動(dòng)摩爾定律持續(xù)向前發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)壁壘之一。
那么問(wèn)題來(lái)了，這臺(tái)國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)到底能和ASML的機(jī)器比幾分呢？
綜合來(lái)看，這種規(guī)格的國(guó)產(chǎn)ArF光刻機(jī)性能與ASML于2015年二季度出貨的ArF光刻機(jī)TWINSCAN XT：1460K較為接近，該款機(jī)器分辨率為≤65nm，套刻精度＜5nm。而按套刻精度與量產(chǎn)工藝1∶3的關(guān)系，國(guó)產(chǎn)ArF光刻機(jī)雖理論上支持接近28nm節(jié)點(diǎn)的工藝，不過(guò)，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，考慮到套刻精度誤差更大等原因，可能未能充分滿足28nm光刻機(jī)的分辨率要求。
尤其考慮到業(yè)界先進(jìn)生產(chǎn)線中，如臺(tái)積電、三星和英特爾所采用的NXT:1970i及后續(xù)型號(hào)，憑借≤38nm分辨率與≤3.5nm乃至更低的套刻精度，通過(guò)多次曝光技術(shù)成功推進(jìn)至7nm級(jí)別制程，而國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的套刻精度≤8nm顯得在高端工藝競(jìng)爭(zhēng)中略顯不足，更適合服務(wù)于55nm至65nm的成熟制程芯片制造場(chǎng)景。
總體來(lái)看，這次曝光的國(guó)產(chǎn)DUV光刻機(jī)應(yīng)該是之前90nm分辨率的國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的改良版，盡管與國(guó)際尖端水平尚有差距，但也標(biāo)志著國(guó)內(nèi)在自主光刻技術(shù)上的顯著進(jìn)步，其針對(duì)特定成熟制程的優(yōu)化與應(yīng)用，無(wú)疑是推動(dòng)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈自主可控與技術(shù)迭代的重要里程碑。
二、國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的突破意義
長(zhǎng)期以來(lái)，以美國(guó)為首的西方國(guó)家，一直將光刻機(jī)技術(shù)視為遏制中國(guó)崛起的利器，為此許多西方國(guó)家也是不留余力地對(duì)我國(guó)進(jìn)行封鎖打壓，畢竟光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備，也是科技戰(zhàn)爭(zhēng)的關(guān)鍵。
這場(chǎng)圍繞光刻機(jī)技術(shù)爭(zhēng)奪戰(zhàn)之中，中國(guó)也沒(méi)有坐以待斃。早在2017年的時(shí)候，中國(guó)就已經(jīng)在光刻機(jī)光源系統(tǒng)上取得突破，這也為后續(xù)技術(shù)攻關(guān)奠定了基礎(chǔ)，而中國(guó)科研人員的堅(jiān)持與努力，在光刻機(jī)方面同樣看到了希望。此次工信部披露的國(guó)產(chǎn)KrF與ArF光刻機(jī)成果，雖然在性能方面無(wú)法與ASML公司的EUV光刻機(jī)相媲美，卻也標(biāo)志著中國(guó)在半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域是西安了歷史性的飛躍：
（1）技術(shù)主權(quán)強(qiáng)化：中國(guó)在KrF與ArF光刻技術(shù)的自主研發(fā)成功，實(shí)質(zhì)上是對(duì)國(guó)際高端光刻機(jī)市場(chǎng)長(zhǎng)期寡頭格局的一次有力挑戰(zhàn)，這一突破不僅彰顯了中國(guó)在精密光學(xué)、超精密機(jī)械及自動(dòng)化集成等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，也有效降低了對(duì)海外技術(shù)的依賴(lài)性，為構(gòu)建自主可控的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
（2）產(chǎn)業(yè)鏈韌性增強(qiáng)：光刻機(jī)的國(guó)產(chǎn)化不僅是單一設(shè)備的突破，更是對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈綜合能力的全面提升。它能夠促進(jìn)上下游產(chǎn)業(yè)的有效銜接與協(xié)同創(chuàng)新，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈的內(nèi)部循環(huán)能力與外部風(fēng)險(xiǎn)抵御力，尤其在當(dāng)前全球供應(yīng)鏈不確定性增大的背景下，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的投入使用極大提升了我國(guó)集成電路制造的自給自足水平，對(duì)于維護(hù)國(guó)家安全、確保信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行以及推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，具有不可估量的戰(zhàn)略價(jià)值。
（3）國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力提升：隨著中國(guó)光刻機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)設(shè)備有望在國(guó)際市場(chǎng)中占據(jù)一席之地，進(jìn)一步提升中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，這不僅有利于國(guó)內(nèi)企業(yè)的成長(zhǎng)，也為全球半導(dǎo)體市場(chǎng)帶來(lái)了更多元的選擇。中國(guó)在光刻機(jī)領(lǐng)域的突破，也將推動(dòng)全球半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
雖然中國(guó)在KrF和ArF光刻機(jī)方面取得了突破，但仍需正視與當(dāng)前頂尖EUV（極紫外）光刻技術(shù)存在的差距。未來(lái)，中國(guó)將繼續(xù)加大研發(fā)投入，追趕國(guó)際先進(jìn)水平，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)更高精度的光刻技術(shù)國(guó)產(chǎn)化。
通過(guò)這次突破，我們不僅看到了中國(guó)在半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域的進(jìn)步，也感受到了科技創(chuàng)新的力量。隨著國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的成功研發(fā)，中國(guó)在半導(dǎo)體行業(yè)的地位將進(jìn)一步鞏固，為全球半導(dǎo)體市場(chǎng)帶來(lái)更多活力和可能性。
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