科技革命,从1984开始

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第353章 光刻机的研发难度

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吴敬廉给与会人员分发的这份企业名单条理清晰,涵盖两大关键板块。

其中一部分围绕核心设备国产化路径展开。

名单的第一项就是有着“工业皇冠”之称的光刻机国产替代计划,吴敬廉设定的技术路线是瞄准逆向工程日本尼康 g-line 接触式光刻机 NSR-1010G 以达到制造亚微米光刻机的目标,而这个逆向工程将由魔都光学机械厂承接这份任务。

秦奕接过名单,目光扫到这部分内容,不禁暗自点头。

魔都光学仪器厂作为行业内的老牌企业,在计划经济时代,就承担起国防、科研等光学设备的生产任务。多年来,厂里积累了丰富的光学镜头打磨和精密机械加工经验,从规模和技术沉淀来看,确实是承担光刻机研发任务的合适之选。

不过他也知道,在面对民用半导体光刻机领域时,这些技术储备很快就会显得捉襟见肘,究其原因,光刻机的研制,远非普通光学仪器可比,它是集光学、精密机械、控制等多学科于一体的复杂系统,技术门槛极高。

以几十年后出现的高端极紫外光刻机为例,其光学系统采用 13.5nm 波长的极紫外光作为光源,能够实现 8nm 曝光分辨率,满足先进制程芯片制造的要求。但极紫外光在传播过程中极易被物质吸收,这使得光源的产生和传输成为巨大难题。

在光源产生环节,设备需要将高纯度的锡滴或锂滴高速喷射出去,再用高能量激光轰击,使其瞬间气化并发出极紫外光。这一过程对激光的能量稳定性、脉冲频率,以及液滴喷射的精度和速度,都有着近乎苛刻的要求。

在极紫外光传输过程中,哪怕是极其微小的杂质颗粒,都可能导致光线散射或吸收,进而影响成像质量。因此,整个光路系统必须处于超高真空环境,反射镜的表面粗糙度也要控制在原子级精度,确保光线能够按照预定路径准确传输。

此外,为了获得高质量的成像,光刻机的光学镜头需具备极高的分辨率和成像质量。镜头由多个光学镜片组成,每个镜片的材质、曲率、厚度都需要精确把控,镜片之间的装配精度更是要达到纳米级,稍有偏差,就会导致图像失真,影响芯片的制造精度。

再看精密机械系统,它堪称光刻机的 “骨架”,光刻机工作时,硅片和掩模版需要进行高精度的定位和运动,精度要求达到纳米级别,这就要求机械系统具备极高的稳定性和运动精度。

以硅片台为例,它不仅要能在平面内进行高精度的二维移动,还需在垂直方向上实现精确升降,并且在高速运动过程中,保持稳定的姿态和位置精度。

为了满足这一要求,硅片台通常采用气浮轴承技术,减少机械摩擦,同时配备高精度的传感器和控制系统,实时监测和调整硅片台的位置和姿态。

掩模版台同样需要具备高精度的定位和运动能力,并且要与硅片台实现精确的同步运动,确保掩模版上的图案能够准确投影到硅片上。

此外,光刻机的机械结构还需具备良好的抗震性能,抵御外界环境的干扰,保证在长时间的工作过程中始终保持稳定的性能。

控制技术作为光刻机的 “大脑”,同样不可或缺。光刻机的运行涉及多个子系统的协同工作,需要一个高效、精确的控制系统来协调各部分的动作。

控制系统不仅要实时监测和控制光学系统、机械系统的运行状态,还要根据不同的工艺要求,调整光刻机的工作参数,比如在曝光过程中,设备需要根据芯片的设计要求,精确控制曝光时间、曝光剂量和光源的波长等参数。

同时,控制系统还需具备强大的故障诊断和处理能力,在设备出现故障时,迅速定位问题并采取相应措施,确保设备的正常运行。

随着芯片制造技术的不断发展,对光刻机的智能化程度要求也越来越高,控制系统需要引入自适应控制、人工智能等先进技术,以提高设备的生产效率和产品质量。

正因光刻机的研发难度如此之大,前世 2002 年,华国在这方面采取了 “集中力量办大事” 的模式。

由华国科技部和魔都市政府牵头,整合了包括魔都光学仪器厂在内的光学仪器企业,以及北国春城光机所、魔都光机所等中科院下属相关院所,还有水木大学、浙省大学等高校的力量,成立了魔都微电子,再由魔都微电子集中各方资源全力攻关光刻机的核心技术。

成立后,魔都微电子也确实在光刻机领域取得了一系列成就。

2010 年,其推出的 SSb500 系列产品支持 Flip chip、bGA 等先进封装技术,打破了 ASmL、佳能等海外企业的垄断,顺利进入长电科技、通富微电等国内封装大厂的供应链,为国内封测产业的发展注入了新的活力。

2016 年,魔都微电子推出首台前道制造用光刻机 SSx600 系列,支持 90nm 及以上制程芯片的生产,并开始向华芯国际、华虹等晶圆厂提供设备验证。

到了 2018 年,其将制程提升至支持 65nm,还迅速启动 28nm 制程光刻机的研发攻关。与此同时,SSb500 系列在国内封装光刻机市场的市占率飙升至超 80%,并成功出口至东南亚市场,成为全球第三大封装光刻机供应商。

想到这里,秦奕抬起头,目光扫过众人,缓缓说道:“我觉得除了魔都光学仪器厂,我们还应该联系一下北国春城光机所和魔都光机所,他们之前就研发出了接触式光刻机和分步投影式光刻机,只是尚未实现产业化。”

“另外,水木大学和浙省大学的相关研究团队也都需要联系一下,我们得让各方力量尽早联合起来,一同攻克光刻机研制的难题。”

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