光刻机的演变及今后发展趋势图（光刻机的演变及今后发展趋势图解）

2022-12-01 22:34:08 股票 xialuotejs

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目前中国最先进的光刻机（国产28nm光刻机进展）

; 在新能源飞速发展和产品智能化的大背景下，高科技进入蓬勃发展阶段，所有高科技产品最不可或缺的核心部件就是芯片了。作为以智能手机为主要业务的

华为

，对芯片的需求量更是巨大。

大家都知道生产芯片最重要的器械就是

光刻机

，但由于受到来自

漂亮国

的制约，“实体清单”规则被修改后，

ASML

因为生产光刻机的技术有一部分来自于漂亮国，受此影响，连带着芯片代工厂也无法为华为公司提供芯片代工服务。

华为现在最先进的芯片是采用台积电5nm工艺制作的

麒麟9000芯片

，但随着“限制令”的制约，

麒麟9000

芯片的库存正在一天一天减少，在无法获得5G芯片的情况下，华为只能采用

高通

的4G芯片，没有

芯片的支持，华为的5G手机只能当成4G来用，也因此，华为的手机业务受到了重创。

事实上，不仅是华为，我国其他高科技企业现在都处于“缺芯”状态。如果要解决“缺芯”难题，首先我们就要解决光刻机的自产自研问题。

中科院

立功了

为了实现我国高端光刻机的国产化，中科院长光所、上光所联合光电研究院在2009年，启动了“高NA浸没光学系统关键技术研究”，进行高端光刻机的攻坚。该项目于2017年在长春国科精密验收，曝光光学系统研发核心的骨干人员也在同年间转入长春国科精密继续钻研光刻机技术难题。

在此之后，国望光学引入

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

，以及

上海光学精密机械研究所

推动国产光刻机核心部件生产。在2016年，国望光学研发出90nm节点的ArF投影光刻机曝光光学系统，之后将继续向28nm节点ArF浸没式光刻曝光学系统研发进攻。

长春国科经济在2018年也传来好消息，攻克了高NA浸没光学系统的关键技术研究。这也是我国实现完全拥有自主知识产权的高端光刻机曝光光学系统的标志。这些成就的达成都离不开中科院的技术支持，可以说中科院立了大功了。

为什么要花费那么大的精力去研发曝光光学系统呢?这对光刻机的制造很重要吗?这我们就要从光刻机的工作原理说起了。光刻机又叫掩模对准曝光机，它的工作原理简单地说类似于照片冲印的技术。

光刻的过程就是在制作好的硅圆晶表面涂上一层光刻胶，然后通过紫外线或深紫外线透过

掩膜

版，把上面的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上，在

光刻胶

的覆盖下，这些被光线照射到的部分会被腐蚀掉，而没有被照射到的部分就会被保留下来，形成我们所需要的电路结构。所以曝光系统可以说是光刻机的核心组成之一。

国产光刻机正式传来好消息

根据国望光学在发出的公示，

投影光刻机曝光光学系统将应用于28nm芯片的批量生产当中。

在这之前，我国只能制造出用于90nm制程的光刻机，但随着这两项技术的突破，我国对于28nm光刻机制程实现了突破性的进展。

28nm芯片有着比90nm芯片更加优越的性能，用途也更加广泛，尤其是对于新能源产业，如新能源汽车或者智能家居产业填补了对于28nm芯片缺失的空缺。

此外，根据媒体消息，上海微电子也做出披露，在2021到2022年将会交付出第一台28nm工艺的国产沉浸式光刻机。这表明我国完全能实现28nm芯片自由。拥有完整的知识产权和自主产业链，就无畏海外市场在芯片上对我们“卡脖子”了。

虽然28nm芯片已经能满足大部分的生产需求，但是对于华为这些手机厂商和其他一些国产芯片来说，28nm的精度还是不够用的，接下来我国的下一步目标便是进行5nm制程光刻机的攻克，手机对于芯片的精度要求要更高，所以目前我国还是不能停下研发的脚步。

虽然目前我国还没研发出5nm制程的光刻机，但已经可以制造出5nm制程的刻蚀机了，这对于我国芯片发展也是一个鼓励性的好消息。

成果是喜人的，但如果拿来与世界上最先进的7nm制程光刻机比的话还是远远不够的，国产化光刻机的道路还要走很远。

光刻机的演变及今后发展趋势图（光刻机的演变及今后发展趋势图解）第1张

光刻机的发展历史

光刻技术的发展

1947年,贝尔实验室发明第一只点接触晶体管。从此光刻技术开始了发展。

1959年,世界上第一架晶体管计算机诞生,提出光刻工艺,仙童半导体研制世界第一个适用单结构硅晶片。

1960年代,仙童提出CMs|C制造工艺,第一台C计算机BM360,并且建立了世界上第一台2英寸集成电路生产线,美国GCA公司开发出光学图形发生器和分布重复精缩机。

1970年代,GCA开发出第一台分布重复投影曝光机,集成电路图形线宽从15μm缩小到0.5um节点。

1980年代,美国SVGL公司开发出第一代步进扫描投影曝光机,集成电路图形线宽从0.5m缩小到035m节点。

1990年代,n1995年,Cano着手300mm晶圆曝光机,推出EX3L和5步机;ASMLFPA2500,193nm波长步进扫描曝光机、光学光刻分辨率到达70nm的“极限。

2000年以来,在光学光刻技术努力突破分辨率“极限”的同时,NGL正在研究,包括极紫外线光刻技术,电子束光刻技术,X射线光刻技术,纳米压印技术等。

光刻机是干什么用的?

光刻机（Mask Aligner）又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。

光刻机一般根据操作的简便性分为三种，手动、半自动、全自动

A手动：指的是对准的调节方式，是通过手调旋钮改变它的X轴，Y轴和thita角度来完成对准，对准精度可想而知不高了。

B半自动：指的是对准可以通过电动轴根据CCD的进行定位调谐。

C自动：指的是从基板的上载下载，曝光时长和循环都是通过程序控制，自动光刻机主要是满足工厂对于处理量的需要。

光刻机是怎么工作的？一台光刻机一年能制造多少芯片？

光刻机发出的光用于通过带有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光。光刻电阻的特性在看到光后会发生变化，从而使掩模中的图形可以复制到薄片上，使薄片具有电子电路图的功能。这是光刻的功能，类似于照相机摄影。相机拍摄的照片打印在底片上，而照片不被记录，而是电路图和其他电子元件。根据网上资料显示，一台光刻机一天大约可以有效制造600块左右，一年就可以制造差不多21.9万块芯片。

光刻机为什么会如此的重要？

目前，无论是手机芯片、汽车芯片还是其他领域，包括军事、航空航天等应用，芯片都离不开光刻。现在世界上的芯片仍然是硅基芯片。经过近半个世纪的发展，芯片的关键尺寸逐渐缩小，从最初的电子管到晶体管，再到集成电路的发明。目前，我们仅有的技术是光刻技术。因此，如果没有光刻机，芯片就无法正常制造，目前也没有替代光刻机的产品。

一台光刻机有多难造?

光刻机的制造难度非常大，可以说一台光刻机用到的零部件全是各个国家最先进的技术产品。那我们就拿EUV的光刻机举例，有几吨重的镜头，而且还要确保无杂质，拥有纳米级别的分辨率。如果镜头有任何缺陷都是不可接受的，而且镜头的曲率非常薄。第二个困难在于光源，这很难做到。还必须考虑通过每个镜头和光路的光的折射损失，并且可用于光刻的能量非常小。

中国能否自己造一台光刻机？

光刻机在全世界非常稀有，发达国家为了阻止中国发展，禁止出售光刻机到我们国家。但是，近几年我国的科学家和政府都在加大在光刻领域的研究，而且也取得了一些进展，也开始进行国产光刻机的制造。但是尽管我们国家这么努力，但对比asml的光刻机技术，可以说我们连门槛都还没有摸到。不过唯一值得庆幸的事是，国家已经注意到了光刻机的重要性，开始在资金，人才，政策方面给予了大力的扶持。我相信未来我国的光刻技术一定会实现弯道超车。

1965年我国就有了光刻机，为什么现在却大幅度落后？

我国从1965年起就已经有了光刻机，但之所以现在大幅度落后，可能是由于以下几个原因造成的：

在有了光刻机之后遭遇了国际间的冲突，导致我国的观客机发展受到阻碍。1965年，我国的第1台光刻机是从外国进口的，直到现在为止全国只有两个国家拥有光刻机的高科技手段。特别是荷兰的光刻机技术在全球是遥遥领先的，但由于荷兰受到美国的影响，并不愿意把光刻机的相关技术和设备出口给中国，导致中国的光刻机的技术研发和发展，大幅落后，经过了几十年的不断演变，也就造成了我国现在的光刻机的技术仍然没有达到成熟阶段。

很多光刻机的零件部位需要出口，本地没有生产。光刻机所要求的科技含量非常高，特别是一些零件部位需要完全依赖外国的出口，因为这些零件需要有专业的设计师和科技人员进行长时间的打磨和研发之后，才达到了光刻机零件的标准。从中国目前已有的相关技术来看，想要达到此项科技仍然需要一定的时间，因此从这一角度而言，也会出现大幅度的落后。

光刻机的印制必须清晰和准确，这一点我国的技术尚未达到。光刻机对镜头技术的要求很高，基本上达到了普通镜头的千万分之一，这就意味着芯片上的所有电路图除了依靠高科技手段之外，还需要有独特的光刻机研发技术，才可以使得芯片上的印制图案清晰准确。虽然我国也有部分的光刻机，但精确度没有外国出口的光刻机清晰度和准确度高，导致我国在后续的芯片研发和光刻机的发展中受到了很大的阻碍，在使用的过程中并没有体现出良好的性价比，种种因素就造成了我国的光刻机在全球都已经大幅的落后。