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光刻机最核心零件,全球仅ASML掌握,中国这家民企率先攻克

我们都知道,光刻机是六大芯片制造设备(光刻机、蚀刻机、薄膜生长设备、抛光机和清洗剂、离子注入设备、扩散炉)中难度最高的。

光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到硅片上,所以光源就相当于雕刻刀,所以就需要建立完善的曝光光学系统,ASML的EUV光刻机,使用波长短的极紫外光,光学系统极复杂,目前长春光机所已经取得了初步突破。

在这个过程中,物镜的作用非常重要,物镜由20多块镜片组成,主要作用是把掩膜板上的电路图按比例缩小,再被激光映射的硅片上,并且物镜还要补偿各种光学误差。技术难度就在于物镜的设计难度大,精度的要求高。

镜片的高纯度透光材料+高质量抛光。上海微电子(SMEE)研制的光刻机使用的镜片,得数万美元一块。ASML的镜片是蔡司技术打底。镜片材质做到均匀,需几十年到上百年技术积淀。

SMEE总经理贺荣明在德国看到,同样一个镜片,不同工人去磨,光洁度相差十倍。除了光源和镜头,难度最高的就是双工作台了。

在2000年前,光刻设备只有一个工件台,晶圆片的对准与蚀刻流程都在上面完成。直到2001年,ASML推出了Twinscan双工件台系统,也就是我们说的测量台、曝光台,两个工件台相互独立,同时运行。一个工件台上的晶圆做曝光时,另一个工件台对晶圆做测量等曝光前的准备工作。当曝光完成之后,两个工件台交换位置和职能,如此循环往复实现光刻机的高产能。这使得光刻机能在一个工件台进行曝光晶圆片,同时在另外一个工作台进行预对准工作,并在第一时间得到结果反馈,生产效率提高大约35%,精度提高10%以上。

双工作台技术可以说是ASML的独门绝技,而中国民企却成功突破突破,并且技术达到了世界先进水准,这家企业就是华卓精科。

公司创始人朱煜是华大学机械工程系长聘教授、博士生导师,拥有国家发明专利160余项,授权90余项,其中美国专利9项。

在ASML推出了Twinscan双工件台系统这一年,朱煜参与“十五”“863”IC装备重大专项的规划工作。当时,世界光刻机的分辨率已经推进到0.1微米,我国光刻机分辨率还在0.8到1微米且缺乏产业化,主要研制单位都是研究所。

也就是这一年,光刻机巨头阿斯麦(下称ASML)推出了首台双工件台光刻机,引起了朱煜的关注。

也就是这一年,朱煜开始了双工作台的研发,然而因为一度没有经费,他的研究一度陷入停滞,直到2012年,清华大学与清华大学机械工程系IC制造装备研究室核心团队人员朱煜等8人共同出资设立华卓精科。

在成立公司之后,朱煜的研究进度开始加快,双工作台的难度究竟有多高,在高速运动下需达到2nm(相当于头发丝直径的三万分之一)的运动精度,它的定位精度直接影响了光刻出来的硅片的质量。

这也奠定了光刻机超精密工件台技术在超精密机械制造与控制领域的最尖端地位,被称为超精密技术皇冠上的明珠。

2016年4月28日,历经5年时间研发的光刻机双工件台系统样机成功通过了国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”(简称02专项)实施管理办公室的项目验收。这标志着中国在双工作台上正式打破了ASML的垄断,成为全球第二个掌握双工作台技术的国家。

华卓精科目前正在配合上海微电子进行第四代浸没式光刻机的研发,上海微电子正在研发的SSA/800-10W第四代浸没式光刻机。

单次曝光就只可以直接生产28nm芯片,如果使用套刻精度在1.9nm左右的工作台,在多次曝光下能够实现11nm制程工艺的芯片生产。如果改用套刻精度更优的华卓精科工作台(1.7nm),在多重曝光下更是能够实现7nm制程工艺的芯片生产。

很多人说清华大学究竟为国家做了什么贡献,朱煜教授用自己的实际行动证明了清华大学的价值。只要全中国上下一心,逐步攻克光刻机核心零件,何愁光刻机造不出来!

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来源:胖福的小木屋 编辑:科技

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