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我国造出超分辨光刻机
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2019 年 01 月 03 日 星期 放大 缩小 默认  

我国造出超分辨光刻机

程杰

    国产超分辨光刻机。

  说到芯片制造,必然要提到光刻机,它是制造芯片的核心装备。2018年11月29日我国研发出了中国人自己的超分辨光刻机,标志着我国芯片制造领域取得了新的突破。

  国产光刻机实现由0到1

  2018年11月29日,由中国科学院光电技术研究所(以下简称光电所)承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收,该装备用365nm波长的紫外光单次成像实现了22nm的分辨率,为光学超材料/超表面、第三代光学器件、传感芯片等纳米光学加工提供了全新的解决途径。

  光学光刻作为主流的微电子芯片制造技术,具有独特的优势。需要不断地通过缩短波长、增大数值孔径提高分辨力,来满足微电子技术的发展。在光电所的努力下,本项目利用表面等离子体超分辨成像原理,突破了衍射极限,不是通过缩短波长或增大数值孔径来实现的,为突破多个光刻分辨力节点提供了一种全新的技术。这一技术的研发,在原理上突破了分辨力的衍射极限,克服了限制中国芯片制造的一大障碍,还创下了47项国内专利和4项国际专利。虽然说这一设备,短时间还无法应用于芯片生产,但它成功绕过了国外相关知识产权壁垒,取得了从无到有、从0到1的巨大进步。

  光刻技术影响半导体行业

  说到光刻机,就不得不说与我们生活息息相关的半导体芯片,在日常生活中,小到我们每天都要接触的手机、笔记本,大到导弹卫星、航天科技等高科技产品,其内都包含有大量的半导体芯片。不客气地说半导体芯片已经渗透到我们生活的各个领域,而半导体技术的发展也将极大程度上促进当今科学技术的进步与发展。但产品的特性决定了半导体技术必须向高度集成的方向发展,集大成者——光刻机应运而生。

  光刻机又叫作掩模对准曝光机、曝光系统、光刻系统等,整个光刻过程我们可以理解为在硅片表面匀胶,然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程,将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。通俗理解光刻机就是极大规模机集成电路的制造设备,其结合了光学、控制、材料、机械、测量等多领域的高精尖科技成果。光刻机的发展水平对于整个半导体芯片的集成电路以及最终性能有着决定性的作用,不夸张地说谁掌握了最高端的光刻机技术,也就掌握了当代半导体制造业的领导地位。由此可见,光刻机作为其中含金量最高的部分组件,在国际上的地位之重以及制造难度之大。在我国,半导体芯片的需求量巨大,此次成功研制出超分辨率光刻机对于国内的半导体制造业而言意义重大,相信在未来必然会改变这种被动的局面。

  开辟新的光刻技术

  国产超分辨率光刻机采用的是一种名为表面等离子光刻加工工艺,利用的是一种沿金属表面传播的波,大致可以理解为当入射的光子照射在金属表面的时候。由于光子和金属表面的自由电子之间会相互作用,金属表面的自由电子受到入射光子后会激发出一种震荡状态,这种震荡状态的波就叫作表面等离子体波,这种波会随着离开物质表面距离的增大迅速衰减,即一道光打在金属表面会有类似球体落在地上的回弹反应,国产光刻的原理即为利用这道回弹衰减的波进行光刻,在原理上就不再受到传统衍射极限的限制。

  光电研究所走的高分辨、大面积的技术路线采用365nmDUV紫外光的光刻机只需要几万元一只的汞灯即可,这也就意味着整机的成本价在百万元至千万元之间,成本不会太高,而性能则在DUV和EUV之间,这样的效益对于需求量大的半导体芯片制造业来说意义重大。此次中国中科院光电技术研究所承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨率装备研制”没有沿用目前世界主流(例如ASML光刻机)的光刻技术,而是采用新的光刻原理,虽然现阶段该技术还无法应用于我们关心的高端芯片制造行业,但在该原理下,为我国赶超国际领先的光刻技术提供了极大的可能性,称其为在光刻技术这条道路上加速弯道超车一点都不为过。

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