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新聞動態/ NEWS CENTER

光刻機和極紫外光刻技術激光技術現狀


 

     近日,美政府阻撓荷蘭光刻機巨頭阿斯麥(ASML)向中芯國際出售價值1.5億美元的EUV(極紫外光刻機),ASML與中芯國際終止合作的新聞刷爆了科技圈。盡管雙方均出麵澄清無此事,但事情真偽尚未有最終定論。

    眾所周知,光刻機被譽為半導體工業皇冠上的明珠,現代光學工業之花。光刻是半導體芯片生產流程中最複雜、最關鍵的工藝步驟,而光刻機也因製造過程複雜、生產難度極大而僅為少數企業所掌握。荷蘭ASML連續18年穩居市場第一,其市占率超過80%,日本尼康、日本佳能位列其後。我國雖然也能生產光刻機,但目前隻能生產90nm製程工藝的光刻機,其中上海微電子裝備有限公司占據國內80%的市場。據悉,上海微電子已經開始了65nm製程光刻機的研製。

     目前最先進的第五代光刻機采用EUV光刻技術,以波長為13.5nm的極紫外光作為光源。ASML生產的EUV光刻機部分光源由激光行業的巨頭通快集團提供。據OFweek激光網了解,通快集團為ASML提供用於極紫外光刻的特殊激光器是通快業績增長的關鍵驅動力,18/19財年該業務的收入從2.6億歐元增長到3.9億歐元,增長了48%。

    實際上,我國對光刻機和極紫外光刻技術的探索從未停止。

    光刻機和極紫外光刻技術的探索之路

    資料顯示,1977年,我國最早的光刻機-GK-3型半自動光刻機誕生,這是一台接觸式光刻機,當時光刻機巨頭ASML還沒有出現,但美國在20世紀50年代就已經擁有了接觸式光刻機,日本的尼康和佳能也於60年代末開始進入光刻機領域。然而苦於當時國內生產工藝尚不成熟,所以光刻機也一直沒有得到更深入的研究。

    到了八九十年代,“造不如買”的思想席卷了大批製造企業,大批企業紛紛以“貿工技”作為指導思想,集成電路產業方麵也出現了脫節。在這樣的大環境下,光刻機產業同樣也出現了衰退。雖然後續一直在追趕國外列強的腳步,但產業環境的落後加上本來就與世界先進企業有差距,使得中國終究沒有在高端光刻機領域留下屬於自己的痕跡。

    2000年後,全球半導體產業開始興旺,中國也重新開始重新關注並發展EUV技術。最初開展的基礎性關鍵技術研究主要分布在EUV光源、EUV多層膜、超光滑拋光技術等方麵。

   2007年,中國科學院上海光學精密機械研究所“極紫外光刻機光源技術研究”項目通過驗收;


   2008年,“極大規模集成電路製造裝備及成套工藝”國家科技重大專項(又稱02專項)將EUV技術列為下一代光刻技術重點攻關的方向。中國企業將EUV列為了集成電路製造領域的發展重點對象,並計劃在2030年實現EUV光刻機的國產化;

2013年,中科院承擔的“深紫外固態激光源前沿裝備研製”項目通過驗收,在國際上首次實現了1064nm激光的6倍頻輸出,將全固態激光波長縮短至177.3nm,首次將深紫外激光技術實用化、精密化,並最終發展出實用化的深紫外固態激光源(DUV-DPL),開啟了中國的深紫外時代;

    2016年,清華大學“光刻機雙工件台係統樣機研發”項目成功通過驗收,標誌中國在雙工件台係統上取得技術突破,在實現光刻機國產化萬裏長征上踏出了重要一步;

    2017年,長春光機所牽頭承擔的02專項項目“極紫外光刻關鍵技術研究”通過驗收,項目研究團隊曆經八年的潛心鑽研,突破了製約我國極紫外光刻發展的超高精度非球麵加工與檢測、極紫外多層膜、投影物鏡係統集成測試等核心單元技術,成功研製了波像差優於0.75nm RMS的兩鏡EUV光刻物鏡係統,構建了EUV光刻曝光裝置,國內首次獲得EUV投影光刻32nm線寬的光刻膠曝光圖形。該項目的順利實施顯著提升了我國極紫外光刻核心光學技術水平,將我國極紫外光刻技術研發向前推進了重要一步;

    2018年,由中國科學院化學研究所、中國科學院理化技術研究所、北京科華微電子材料有限公司聯合承擔的02專項項目“極紫外光刻膠材料與實驗室檢測技術研究”通過驗收。經過項目組全體成員的努力攻關,完成了EUV光刻膠關鍵材料的設計、製備和合成工藝研究、配方組成和光刻膠製備、實驗室光刻膠性能的初步評價裝備的研發,達到了任務書中規定的材料和裝備的考核指標;

    2018年,國家重大科研裝備研製項目“超分辨光刻裝備研製”通過驗收。該光刻機由中國科學院光電技術研究所研製,在365納米光源波長下單次曝光最高線寬分辨力達到22納米。結合雙重曝光技術後,未來還可用於製造10納米級別的芯片;

    2019年,武漢光電國家研究中心甘棕鬆團隊,采用二束激光在自研的光刻膠上突破了光束衍射極限的限製,采用遠場光學的辦法,光刻出最小9nm線寬的線段,實現了從超分辨成像到超衍射極限光刻製造的重大創新……

    可以看到,在光刻機的自主研發進程上,中國也取得了很大的進步。但真正能夠實現工業應用的光刻機技術,距離國際先進水平仍有較大距離。



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