光刻技術(shù)發(fā)展
光刻機(jī)作用
光刻機(jī)（英文“Mask Aligner”) ，又名掩模對(duì)準(zhǔn)曝光機(jī)，芯片制造流程中光刻工藝的核心設(shè)備。芯片的制造流程極其復(fù)雜，可以概括為幾大步驟：硅片的制備–>外延工藝–>熱氧化–>擴(kuò)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(guān)鍵的一步，光刻確定了芯片的關(guān)鍵尺寸，在整個(gè)芯片的制造過程中約占據(jù)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(zhuǎn)移到晶圓表面的光刻膠上。首先光刻膠處理設(shè)備把光刻膠旋涂到晶圓表面，再經(jīng)過分步重復(fù)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(jì)60~70年代是早期光刻機(jī)發(fā)展階段。
當(dāng)時(shí)美國(guó)是走在世界前面的，那時(shí)候還沒有ASML。
光刻機(jī)的原理其實(shí)像幻燈機(jī)一樣簡(jiǎn)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(shí)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(jī)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(shù)之爭(zhēng)。
當(dāng)時(shí)的光刻機(jī)的光源波長(zhǎng)被卡死在193nm，擺在全產(chǎn)業(yè)面前的一道難關(guān)。
降低光的波長(zhǎng)，從光源出發(fā)是根本方法，光由真空入水，因?yàn)樗恼凵渎?#xff0c;光的波長(zhǎng)會(huì)改變——在透鏡和硅片之間加一層水，由于水對(duì) 193nm 光的折射率高達(dá) 1.44，原有的193nm激光經(jīng)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(zhǎng)
2002年，臺(tái)積電前研發(fā)副總經(jīng)理的林本堅(jiān)拿著這項(xiàng)“沉浸式光刻”方案，跑遍美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)，游說各家半導(dǎo)體巨頭，但都吃了閉門羹。
當(dāng)時(shí)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(tǒng)干式微影上的投入，押注浸潤(rùn)式技術(shù)更有可能以小博大。于是ASML和林本堅(jiān)一拍即合，僅用一年多的時(shí)間，就在2004年拼全力趕出了第一臺(tái)樣機(jī)，并先后奪下IBM和臺(tái)積電等大客戶的訂單。
ASML的崛起
1997年，英特爾攢起了一個(gè)叫EUV LLC的聯(lián)盟。聯(lián)盟中的名字個(gè)個(gè)如雷貫耳：除了英特爾和牽頭的美國(guó)能源部以外，還有摩托羅拉、AMD、IBM，以及能源部下屬三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室：勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室。
這些實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)科技發(fā)展的幕后英雄，他們之前的研究成果覆蓋了物理、化學(xué)、制造業(yè)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的各種前沿方向，有核武器、超級(jí)計(jì)算機(jī)、國(guó)家點(diǎn)火裝置，甚至還有二十多種新發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素。
資金到位，技術(shù)入場(chǎng)，人才云集，但偏偏聯(lián)盟中的美國(guó)光刻機(jī)企業(yè)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(gè)來自日本，一個(gè)來自荷蘭，都不是本土企業(yè)。
當(dāng)時(shí)的美國(guó)政府將EUV技術(shù)視為推動(dòng)本國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)，并不太希望外國(guó)企業(yè)參與其中，更何況是八九十年代在半導(dǎo)體領(lǐng)域壓了美國(guó)風(fēng)頭的日本。但EUV光刻機(jī)又幾乎逼近物理學(xué)、材料學(xué)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(tǒng)也極致精密，還需要真空環(huán)境，其配套的抗蝕劑和防護(hù)膜的良品率也不高。別說日本與荷蘭，就算是美國(guó)，想要一己之力自主突破這項(xiàng)技術(shù)，可以說是比登天還難，畢竟美國(guó)已經(jīng)登月了。
最后，ASML同意在美國(guó)建立一所工廠和一個(gè)研發(fā)中心，以此滿足所有美國(guó)本土的產(chǎn)能需求。另外，還保證55%的零部件均從美國(guó)供應(yīng)商處采購，并接受定期審查。這也是為什么美國(guó)能禁止荷蘭的光刻機(jī)出口中國(guó)。
錯(cuò)失EUV的尼康，還未完全失去機(jī)會(huì)，一蹶不振的，是盟友的離開。當(dāng)時(shí)的英特爾為了防止核心設(shè)備供應(yīng)商一家獨(dú)大，制作22nm的芯片還是一直采購ASML和尼康兩家的光刻機(jī)。但“備胎終究是備胎”，一轉(zhuǎn)身，英特爾就為了延續(xù)摩爾定律的節(jié)奏，巨資入股ASML，順帶將EUV技術(shù)托付。
另一邊，相比一步步集成了全球制造業(yè)精華的ASML，早年間就習(xí)慣單打獨(dú)斗的尼康在遭遇美國(guó)封鎖后，更是一步步落后，先進(jìn)設(shè)備技術(shù)跟不上且不提，就連落后設(shè)備的制造效率也遲遲提不上來。而佳能在光刻機(jī)領(lǐng)域一直沒有爭(zhēng)過老大，當(dāng)年數(shù)碼相機(jī)稱霸世界，利潤(rùn)很高，但是對(duì)一年銷量只有上百臺(tái)的光刻機(jī)根本沒有給予重視。2012年，英特爾連同三星和臺(tái)積電，三家企業(yè)共計(jì)投資52.29億歐元，先后入股ASML，以此獲得優(yōu)先供貨權(quán)，結(jié)成緊密的利益共同體。在2015年，第一臺(tái)可量產(chǎn)的EUV樣機(jī)正式發(fā)布，意味著在7nm以下的先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)，ASML再無對(duì)手！
光學(xué)修正技術(shù)能夠提高光刻機(jī)對(duì)硅膜片的成像質(zhì)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(xué)修正技術(shù)應(yīng)用于光刻機(jī)設(shè)備當(dāng)中，而且能夠提高硅膜片的成像質(zhì)量。光學(xué)修正技術(shù)可以提高光刻機(jī)水準(zhǔn)，加速實(shí)現(xiàn)芯片自主化生產(chǎn)的腳步。
光學(xué)鄰近效應(yīng)是一門技術(shù)，歸屬于計(jì)算機(jī)光刻工藝。

光刻工藝是芯片制造的關(guān)鍵流程之一。其工作原理是利用光刻機(jī)光源的曝光、顯影技術(shù)，在光刻膠膠層上印刻“設(shè)計(jì)圖”，為硅晶圓步入刻蝕環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備。常說的光刻機(jī)制程，便是光刻工藝，只不過歸屬于化學(xué)制品這個(gè)范疇。
光刻工藝分為兩種；采用化學(xué)制品，諸如光刻膠等化學(xué)原料，對(duì)硅基晶圓上的光刻膠圖像進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)過程。采用計(jì)算機(jī)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(shù)指導(dǎo)的計(jì)算機(jī)光刻。

利用不同的成像異常檢測(cè)模板，能夠大幅節(jié)省分析故障時(shí)所耗費(fèi)的時(shí)間。

同時(shí)雙采樣率像素化掩模能夠根據(jù)異常區(qū)域，自適應(yīng)產(chǎn)生虛擬邊，通過修正策略和修正約束，實(shí)現(xiàn)高效的局部修正和全局輪廓保真度控制。在此基礎(chǔ)上兼顧成像計(jì)算效率和掩模修正分辨率。
快速光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)，實(shí)現(xiàn)28納米以下制程技術(shù)節(jié)點(diǎn)、集成電路制造的關(guān)鍵計(jì)算光刻技術(shù)之一。計(jì)算光刻技術(shù)是在摩爾定律規(guī)定下，推動(dòng)芯片制程向前發(fā)展的核心動(dòng)力。如果沒有計(jì)算光刻技術(shù)作為指導(dǎo)，即便光刻機(jī)設(shè)備再先進(jìn)，芯片制程的水準(zhǔn)也難以提升。
前面提到，快速光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)可以提高光刻機(jī)的成像質(zhì)量，一定程度上降低對(duì)光刻機(jī)曝光技術(shù)的要求。上海微電子的28納米光刻機(jī)已經(jīng)投產(chǎn)，也實(shí)現(xiàn)了28納米芯片的完全自主化生產(chǎn)。

芯片刻蝕，有中微公司的3納米刻蝕機(jī)。原料方面，有8英寸、12英寸晶圓減薄機(jī)和南大光電的ArF、KrF光刻膠。結(jié)合哈工大、清華團(tuán)隊(duì)研制的EUV曝光系統(tǒng)與長(zhǎng)春光機(jī)所、上海光機(jī)所步入研究的13.5納米光源、光學(xué)鏡頭項(xiàng)目、加上北京華卓精科的雙工件臺(tái)。完全具備自主生產(chǎn)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(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)，配合上海微電子推出的28納米制程光刻機(jī)，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(guī)模量產(chǎn)，畢竟設(shè)備才是硬傷。

14納米甚至7納米芯片生產(chǎn)的說法是不成立的。拿DUV光刻機(jī)舉例，在通過水的多次折射曝光后，DUV光刻機(jī)的確可以達(dá)到生產(chǎn)7納米芯片的標(biāo)準(zhǔn)。但這樣做，所付出的時(shí)間和成本是巨大的。要生產(chǎn)出7納米制程芯片，EUV光刻機(jī)是不可缺少的。這一點(diǎn)中芯國(guó)際也提到過。

總結(jié)

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