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发表于 2020-8-21 13:46:11
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本帖最后由 长江大桥 于 2020-8-21 13:50 编辑
国内光刻光源专利“冒尖”,LPP-EUV路线外再辟新思路
原创 光电工研院 武汉光电工业技术研究院有限公司 昨天
今年年底,国家02专项光刻机项目二期将迎验收节点,相继攻克曝光及双工作台系统等难关后,国内针对以光源为代表的光刻机核心组件的研发力度依旧不减,一批核心专利先后“冒尖”,光源研发思路进一步拓展。
历年国内光源相关专利申请情况:近几年光刻机光源相关专利申请保持活跃态势
作为光刻机核心组件之一,已知紫外光刻光源的商用方案分为同步辐射型光源、放电等离子体型光源和激光等离子体(LPP)型光源。其中LPP-EUV因功率可拓展、极紫外辐射收集效率高等特性成为当今工艺制程最先进的极紫外光刻机光源主流选择。
但事实上,LPP-EUV仍存弊端。其通过激光照射金属靶材形成等离子体,进而产生EUV辐射的过程中,大量的金属碎屑会对极紫外光收集镜等光学元件造成污染,从而影响LPP-EUV光源的长期运行稳定性。
为解决上述问题,以ASML为核心的上下游利益链厂商,以及致力于光刻产业链国产替代的国内厂商和科研院所各显手段。
今年2月底,ASML下游厂商台湾积体电路制造股份有限公司就发布了极紫外辐射源装置专利[1]。
左图为极紫外辐射源/极紫外辐射源装置的示意图;右图为清洁气体排放口示意图
该装置在腔室中提供三个或更多个清洁气体排放口,借助气体流通形成的均匀气流带走因激光撞击靶材产生的金属残余物,有效避免收集镜上污染区域累积,从而增加了极紫外光收集镜的寿命和极紫外光微影系统的生产量,并降低了收集镜的维护成本。
中国科学院上海光学精密机械研究所则在今年7月公布的专利中[2],为光源系统设置了磁镜装置,利用磁镜装置所产生的非均匀磁场对等离子体进行约束,从而抑制LPP所产生的碎屑对光学元件造成的污染。
左图是基于等离子体约束的LPP-EUV光源系统结构示意图;右图是磁镜装置结构示意图
与此同时,在非均匀磁场的作用下,大量带电粒子被限制在磁镜装置中剧烈运动,增强了等离子体中的粒子碰撞效应,LPP-EUV光源的功率输出能力也得到了进一步提升。
双光束路线或引领国产光刻机制程突破
事实上,除了LPP-EUV光源,探索光刻光源国产化过程中,以中国科学院、华中科技大学为代表的多家科研院所和半导体厂商亦进行了不少另辟蹊径的探索。其中双激光束技术路线的出现,有效规避了国外专利封锁和主流EUV光源研发难题,让光刻机光源突破光学衍射极限成为可能,不用刻意追求短波长也能达到10nm以内的光刻制程。
7月初,中科院研究团队就在Nano Letters上发表题为《超分辨率激光光刻技术制备5nm间隙电极和阵列》的论文[3]。实验室环境下,研究团队在无机钛膜光刻胶上,采用双激光束(波长为405nm)交叠技术,实现1/55衍射极限的突破(NA=0.9),达到了最小5nm特征线宽,一时引发热议。
左图为双束交叠加工技术示意图;右图为5nm狭缝电极电镜图
同样,在中国光谷,武汉光电国家研究中心相关团队早在2018年就发布专利[4],提出一种双光束微纳光学制造方法,通过调制辅助光,搭配自研光刻胶,使可见光制造实现10纳米以下的特征尺寸和50纳米的分辨率。
双光束光学微纳制造方法应用在单焦点激光直写的装置图
目前,该技术正依托武汉光电工研院进行产业化,团队基于双光束超分辨纳米光刻技术已经实现了最小线宽9nm、最小线间距52nm的高精度直写光刻,9nm双光束超分辨直写光刻机已实现商用销售。双光束超分辨投影光刻实验样机也于2019年完成测试,正在开展大型工程样机的研发,快速推进产业化进程。
“通过上游并购和引入客户作股东的方式打通行业上下游,打造产业链利益共同体,ASML从默默无闻成长为光刻机霸主,我们也本着开放心态广邀各方开展技术合作,希望能趟出一条不一样的光源国产化路线。”
随着物联网、5G等技术不断发展,半导体需求未来将迎持续增长。根据IBS数据显示,2018年中国IC设计公司对晶圆制造需求约805亿元,占全球晶圆代工规模4.08亿元的19.7%,2025年时需求则将上涨至30.5%。
相关研究机构认为,在这样的格局下,实现光刻机国产化势在必行。而当前国内与国外顶尖光刻机制程存在较大差距,短时间采取举国体制仍无法突破EUV路线衍射极限限制,在此背景下,基于双光束技术的超分辨技术路线的开辟,或将为光刻机国产替代带来曙光。 |
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