光刻技術發展
光刻機作用
光刻機（英文“Mask Aligner”) ，又名掩模對準曝光機，芯片制造流程中光刻工藝的核心設備。芯片的制造流程極其復雜，可以概括為幾大步驟：硅片的制備–>外延工藝–>熱氧化–>擴散摻雜–>離子注入–>薄膜制備–>光刻–>刻蝕–>工藝集成等。光刻工藝是制造流程中最關鍵的一步，光刻確定了芯片的關鍵尺寸，在整個芯片的制造過程中約占據了整體制造成本的35%。
光刻工藝的作用，將掩膜版（光刻版）上的幾何圖形轉移到晶圓表面的光刻膠上。首先光刻膠處理設備把光刻膠旋涂到晶圓表面，再經過分步重復曝光和顯影處理之后，在晶圓上形成需要的圖形。原理示意圖如下：

ASML
上世紀60~70年代是早期光刻機發展階段。
當時美國是走在世界前面的，那時候還沒有ASML。
光刻機的原理其實像幻燈機一樣簡單，就是把光通過帶電路圖的掩膜（Mask，后來也叫光罩）投影到涂有光敏膠的晶圓上。早期60年代的光刻掩膜版以1：1的尺寸緊貼在晶圓片上，而那時的晶圓也只有1英寸大小。

而后來尼康作為九十年代最大的光刻機巨頭，衰落充滿偶然，始于157nm光源干刻法與193nm光源濕刻法的技術之爭。
當時的光刻機的光源波長被卡死在193nm，擺在全產業面前的一道難關。
降低光的波長，從光源出發是根本方法，光由真空入水，因為水的折射率，光的波長會改變——在透鏡和硅片之間加一層水，由于水對 193nm 光的折射率高達 1.44，原有的193nm激光經過折射，直接越過了157nm的天塹，降低到134nm。

浸沒式光刻可縮短等效波長
2002年，臺積電前研發副總經理的林本堅拿著這項“沉浸式光刻”方案，跑遍美國、德國、日本等國，游說各家半導體巨頭，但都吃了閉門羹。
當時還是小角色的ASML（1984年飛利浦和一家小公司ASM Internationa以50:50組成的合資公司，最初員工只有31人）決定賭一把，相比之前在傳統干式微影上的投入，押注浸潤式技術更有可能以小博大。于是ASML和林本堅一拍即合，僅用一年多的時間，就在2004年拼全力趕出了第一臺樣機，并先后奪下IBM和臺積電等大客戶的訂單。
ASML的崛起
1997年，英特爾攢起了一個叫EUV LLC的聯盟。聯盟中的名字個個如雷貫耳：除了英特爾和牽頭的美國能源部以外，還有摩托羅拉、AMD、IBM，以及能源部下屬三大國家實驗室：勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、桑迪亞國家實驗室和勞倫斯伯克利實驗室。
這些實驗室是美國科技發展的幕后英雄，他們之前的研究成果覆蓋了物理、化學、制造業、半導體產業的各種前沿方向，有核武器、超級計算機、國家點火裝置，甚至還有二十多種新發現的化學元素。
資金到位，技術入場，人才云集，但偏偏聯盟中的美國光刻機企業SVG、Ultratech早在80年代就被尼康打得七零八落，根本爛泥扶不上墻。于是，英特爾力邀ASML和尼康加入EUV LLC。但問題在于，這兩家公司，一個來自日本，一個來自荷蘭，都不是本土企業。
當時的美國政府將EUV技術視為推動本國半導體產業發展的核心技術，并不太希望外國企業參與其中，更何況是八九十年代在半導體領域壓了美國風頭的日本。但EUV光刻機又幾乎逼近物理學、材料學以及精密制造的極限。光源功率要求極高，透鏡和反射鏡系統也極致精密，還需要真空環境，其配套的抗蝕劑和防護膜的良品率也不高。別說日本與荷蘭，就算是美國，想要一己之力自主突破這項技術，可以說是比登天還難，畢竟美國已經登月了。
最后，ASML同意在美國建立一所工廠和一個研發中心，以此滿足所有美國本土的產能需求。另外，還保證55%的零部件均從美國供應商處采購，并接受定期審查。這也是為什么美國能禁止荷蘭的光刻機出口中國。
錯失EUV的尼康，還未完全失去機會，一蹶不振的，是盟友的離開。當時的英特爾為了防止核心設備供應商一家獨大，制作22nm的芯片還是一直采購ASML和尼康兩家的光刻機。但“備胎終究是備胎”，一轉身，英特爾就為了延續摩爾定律的節奏，巨資入股ASML，順帶將EUV技術托付。
另一邊，相比一步步集成了全球制造業精華的ASML，早年間就習慣單打獨斗的尼康在遭遇美國封鎖后，更是一步步落后，先進設備技術跟不上且不提，就連落后設備的制造效率也遲遲提不上來。而佳能在光刻機領域一直沒有爭過老大，當年數碼相機稱霸世界，利潤很高，但是對一年銷量只有上百臺的光刻機根本沒有給予重視。2012年，英特爾連同三星和臺積電，三家企業共計投資52.29億歐元，先后入股ASML，以此獲得優先供貨權，結成緊密的利益共同體。在2015年，第一臺可量產的EUV樣機正式發布，意味著在7nm以下的先進工藝節點，ASML再無對手！
光學修正技術能夠提高光刻機對硅膜片的成像質量，提高芯片的性能和良品率，一定程度上可以降低芯片制程難度。由于光學修正技術應用于光刻機設備當中，而且能夠提高硅膜片的成像質量。光學修正技術可以提高光刻機水準，加速實現芯片自主化生產的腳步。
光學鄰近效應是一門技術，歸屬于計算機光刻工藝。

光刻工藝是芯片制造的關鍵流程之一。其工作原理是利用光刻機光源的曝光、顯影技術，在光刻膠膠層上印刻“設計圖”，為硅晶圓步入刻蝕環節做好準備。常說的光刻機制程，便是光刻工藝，只不過歸屬于化學制品這個范疇。
光刻工藝分為兩種；采用化學制品，諸如光刻膠等化學原料，對硅基晶圓上的光刻膠圖像進行光化學反應的化學過程。采用計算機模擬，從理論上探索、提高光刻分辨率與光刻工藝的新途徑，為光刻制程提供工藝參數指導的計算機光刻。

利用不同的成像異常檢測模板，能夠大幅節省分析故障時所耗費的時間。

同時雙采樣率像素化掩模能夠根據異常區域，自適應產生虛擬邊，通過修正策略和修正約束，實現高效的局部修正和全局輪廓保真度控制。在此基礎上兼顧成像計算效率和掩模修正分辨率。
快速光學鄰近效應修正技術，實現28納米以下制程技術節點、集成電路制造的關鍵計算光刻技術之一。計算光刻技術是在摩爾定律規定下，推動芯片制程向前發展的核心動力。如果沒有計算光刻技術作為指導，即便光刻機設備再先進，芯片制程的水準也難以提升。
前面提到，快速光學鄰近效應修正技術可以提高光刻機的成像質量，一定程度上降低對光刻機曝光技術的要求。上海微電子的28納米光刻機已經投產，也實現了28納米芯片的完全自主化生產。

芯片刻蝕，有中微公司的3納米刻蝕機。原料方面，有8英寸、12英寸晶圓減薄機和南大光電的ArF、KrF光刻膠。結合哈工大、清華團隊研制的EUV曝光系統與長春光機所、上海光機所步入研究的13.5納米光源、光學鏡頭項目、加上北京華卓精科的雙工件臺。完全具備自主生產14納米及14納米以下芯片的能力。
另外，“基于虛擬邊與雙采樣率像素化掩模圖形”的快速光學鄰近效應修正技術，配合上海微電子推出的28納米制程光刻機，有望將芯片制程提升到22納米、16納米、14納米。但并不代表可以大規模量產，畢竟設備才是硬傷。

14納米甚至7納米芯片生產的說法是不成立的。拿DUV光刻機舉例，在通過水的多次折射曝光后，DUV光刻機的確可以達到生產7納米芯片的標準。但這樣做，所付出的時間和成本是巨大的。要生產出7納米制程芯片，EUV光刻機是不可缺少的。這一點中芯國際也提到過。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的光刻技术发展的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。