整理2015年天涯上关于光刻机的帖子

2015年作者预测： “3年内出22纳米的 ，2020年左右出14纳米的！！” 
只过去了1年半后的今天， 中科院光电所实验室研制出世界上第一台SP光刻机单次成像达到22纳米，结合多重曝光技术，可以用于制备10纳米以下。

作者：泡沫海鸥战斗组 
时间：2015-05-04

　　先说一下目前的世界光刻机的现状 。。。目前世界主流的光刻机还是深紫外侵入式光刻机，在这个光刻机上面 世界占有率最高的是荷兰的一家公司 ，目前荷兰的这家公司可以把这个技术的光刻机做到14纳米，另外是日本的可以做到18纳米。但是因为深紫外技术固有的缺点 ，导致不能继续的向更加精度的方向发展。如果想做到10纳米一下 那么就要用到级紫外技术的光刻机。在这个极紫外技术的光刻机上面的研发荷兰那个公司领先，日本尼康明显的落后。

　　下面分别说一下深紫外侵入式光刻机的主要核心技术：

　　深紫外光刻机用到的光源是深紫外光线，在这个光源上面的研发最牛逼的是德国的亚深，日本尼康通过收购德国的这个企业获得了这个光源的技术，另外一个技术就是物镜，深紫外光线要想达到22纳米的水平 那么物镜的数值口径要达到1.35以上。目前德国的光学公司可以达到，另外日本的尼康通过购买德国的技术也可以达到。达到这个口径很难。因为这要加工亚纳米精度的大口径的镜片，用到的最大口径的镜片达到了400毫米，那么在这方面中国的技术如何呢？

　　进过我的查找 把中国在深紫外光刻机上面的技术水平进行了整理

　　首先看光源，在深紫外光源上，荷兰的公司和日本尼康都是用的德国亚深公司的光源，这个深紫外光源是离子束的，，，中国的研发的是世界唯一的固态深紫外光源，这个要比离子束的高一个水平，主要固态深紫外光源的独特优点是，比较小 这样设计光刻机比较小巧而且设计的控制设备更加的简单 这样成本更加的低，，还有频带宽 这样可以用一台光刻机直接做到100纳米到20纳米的几乎所有的节点。这个技术是中国独有的，小鬼子没有。

　　另外看物镜，你要想让深紫外技术的光刻机达到22纳米甚至目前的14纳米的顶级极限水平那么主要改进的就是物镜，物镜的最核心的部件当然就是镜片了，那么中国的物镜的镜片如何呢？？22纳米水平光刻机用的1.35口径物镜，要用到400毫米的亚纳米精度的镜片。这个荷兰日本都是用的德国的技术，主要是用磁流变设备和离子束设备辅助手工加工的，看好了 可是手工哦！！产量很低，加工很慢，成本很高。

　　而中国发明了全自动的磁流体和离子束机床，可以实现镜片的全自动高速加工，！！而且可以把亚纳米的镜片最大直径加工到2米！！！这个两个技术是小日子绝对不会有滴。

　　另外就是中国的物镜的检测设备，精度达到了0.1纳米，物镜组装台也设计完成，

　　那么中国自己的深紫外光刻机最近就会出了，最新出的应该是65纳米和45纳米的产业化光刻机，随后出32纳米和22纳米的，最后出14纳米的。。。这类机床都是一个技术水准，主要进过该井物镜达到更高的制程。

　　因为中国即将出的这类光刻机用到了中国独有的固态深紫外激光器光源和亚纳米物镜自动加工机床，导致中国的光刻机成本有很大的优势，估计可以便宜一半。

　　更重要的是深紫外固态激光器独特的优势，导致中国的光刻机一台可以覆盖200纳米到32纳米甚至到15纳米的所有节点，还有由于是独特的世界上唯一实现8倍频的固态深紫外激光器，那么意味着这个光刻机的产率很高。也就是同样的时间中国的光刻机可以生产更多的芯片，还有这个固态激光器小巧带来的设计简化还有本事的可靠性导致中国光刻机的寿命更长 成本更低 可靠性更好 产率更高 价格更低。这些特点会使中国的光刻机快速的占领14纳米以上的所有光刻机市场。

　　中国的这类光刻机很快就出现了，估计今年出65纳米的，明年出32纳米和45纳米的。3年内出22纳米的 ，2020年左右出14纳米的！！

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　另外 ，光刻机下一步的发展是极紫外光线的步进光刻机，目前的深紫外的极限就是达到14纳米了，再往下发展很难，会导致设备很复杂，，成本变得很高，目前的荷兰的那个14纳米的深紫外的由于设计很复杂 导致目前的开价是2亿美元一台！！！

　　所以10纳米制程一下的要用到极紫外技术了，目前荷兰那个 德国 日本 美国 中国都是在研发这个技术，除了荷兰出过一个样机以外，世界各国基本都是研发阶段。

　　极紫外光刻机有很多的难点，主要是物镜的精度更加的高，还有光源的功率的提高很难，

　　先说物镜的难点，因为极紫外光线的能量很高，一般的物镜材料不适用，现在使用的是多层的原子镀膜技术。这个技术很难就是了，还有要使用的反射镜片的精度要达到变态的0.1纳米。还有要在上面镀上几层的原子级别的薄膜。另外物镜的安装，因为每次反射光线后都要，从新调整镜片的位置，这个精度调整精度要达到0.3纳米！！！所有你调整镜片前先要测量镜片的位置，这个测量精度要达到0.1纳米！！！！还要调整。。。因为受重力和振动的影响，达到0.3的调整精度的物镜的安装平台的设计很难。。目前世界上 美国还有日本 德国都在研究这个 ，因为保密，基本没有什么具体设计的资料的公开。

　　那么在下一代的10纳米的极紫外光刻机上面的研发上中国是什么水平呢？？

　　先说光源。中国研发极紫外光源不难。因为中国的激光研发已经几十年了，，中国的光源的技术积累很扎实，不像日本那样要靠买德国亚深的技术，但是研发出极紫外光源不难，难得是你研发的极紫外光源要比较小可以安装在光刻机上面，还有光源质量要好，，还有功率要高。。功率要达到100瓦才可以产业化，目前德国亚深可以达到55瓦，亚深说的很快就会出100瓦的。日本这个通过收购亚深得到了这个技术。

　　中国07年就研发出了极紫外光刻机光源。是上海光机所研发的，目前中国这个光源的技术没有公布。

　　另外分析极紫外光刻机的物镜上面说了 。镜片要大口径的0.1纳米的精度的镜片，这个中国已经解决了。还要在上面镀上几层的原子薄膜。。。在这个镀膜技术上中国是世界一流。镀的这个薄膜的理论反射极限是70%中国的可以达到65%!!!!!!!!!!!!

　　还有物镜的高精度安装平台设计，精度要达到0.3纳米，测量器精度要达到0.1纳米。测量器中国公布了。是世界水平的0.1纳米的。镜片镀膜技术也是世界水平，安装台和光源很好见到介绍的资料，这个估计是因为保密原因吧。。

　　不过在下一代光刻机上面中国的基础研究绝对领先日本！！！！日本的镜片加工是德国的 光源是德国的 镀膜日本水平一般。。。这几个中国都领先日本

　　所以不久的将来 中国的22纳米光刻机 14纳米光刻机 32纳米的 45纳米的 65纳米的 100纳米的光刻机会把小鬼子的同类光刻机赶出市场。。

　　在下一代光刻机上面中国也会把小鬼子赶出市场。。小鬼子的光刻机在学习德国的核心技术上面都比不过荷兰。在全面掌握核心技术的中国面前会很快的被打出原形！！！！！

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　　下面就是发证据了：
　　中国的独特的固态深紫外光源，是世界独有的，这个激光器可以设计完美的设计成光刻机用的光源，而且中国确实也在这么做

　这是新闻报道的中国亚纳米光学部件加工的画面，看画面中的亚纳米镜片的直径最少要有半米！！！！荷兰那个14纳米的光刻机最大亚纳米镜片是买的德国的不到半米，是机床辅助手工加工的，加工很慢，很贵。中国是世界上唯一实现了机床自动加工亚纳米镜片的国家。画面上那个要超过半米。

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　与S620D类似，S621D的NA值参数也达到了1.25.不过S621D在套刻精度方面更上一层楼，其性能是根据14nm制程的要求制定的.根据尼康高管Shibasaki在一份演示中介绍了这款新机型的改进和优化之处，如新机型采用的动态镜片控制技术，自适应以及图像畸变控制技术，自适应型掩膜版载具控制技术等(intra shot grid, dynamic lens control, adaptive reticle chuck and aberration control)。

　　这个就是尼康的拳头光刻机....14纳米的那个 其实就是在22纳米上面用套刻技术解决的......本质还是22纳米的,,,,,,22纳米的物镜上面说了是1.25......中国研发的是1.35!!!!!!!!!! 

　　中国的1.35物镜再2013年就完成了

　4.“精”—超精光学镜头或光学元件

　　4.1.超精光学表面加工工艺

　　光学表面对面形精度及表面粗糙度的要求越来越高，光学镜头（紫外光刻镜头等）也需要有接近衍射极限的成像质量，这些都促使超精加工中出现了一批新的加工工艺与方法，包括：计算机数控小工具光学表面加工（CCOS）、磁流变抛光（MRF）技术及离子束抛光（IBF）技术。20世纪80年代，我国开始研究CCOS，现在技术已经成熟；20世纪90年代，我国开始研究MRF技术，目前也有很大进展。近几年，美国QEDTechnologies公司也开始提供MRF技术和设备。同时，国防科技大学也利用IBF技术修饰光学表面，粗糙度达到了1nm。

　　数字波面干涉仪是检测面形精度的主要仪器，我国在1985年完成了第一台样机的研制。近几年，南京理工大学研制了小型球面干涉仪，造价低，使用方便，市场占有率很高，他们最近又为"神光Ⅲ"研制出口径为600mm的红外干涉仪。在测量非球面面形方面，国外提出了子孔径干涉法和环带法，平面、球面或者非球面都可以用干涉仪直接测量面形。

　　4.2.超精光学镜头的超精装校技术

　　超精光学装校是生产接近衍射极限光学镜头的另一个重要保证。超精定中心专用立式装校车床是超精光学装校的关键。

　　国内最早的装较仪是成都光电所生产的口径为500mm的精密定心装校仪。仪器主轴是超精密轴承结构，径向跳动和轴向跳动都达到1μm。现在国外这类定心机床中的液体静压轴承径向跳动已达到了0.1μm，空气轴承径向跳动已达到0.05μm。

　　超精光学装校以机床主轴为基准，全部镜片的球心都交在机床主轴上，从而达到以光轴为基准的超精装校。在装校过程中还可以按照镜头成像要求来进行调整。超精镜头是光学镜头的最高要求，典型代表是紫外光刻镜头、干涉仪标准镜头、望远镜校准镜头与空间相机等。

　　我国近期开展的193nm超紫外光刻镜头给光学设计、光学加工和光学装校带来了很大的挑战。据初步估测，如果要完成该镜头给定的设计指标需要30多个镜片，所用光学材料主要为硬质石英玻璃与软质的氟化钙（CaF2）晶体。显然这种材料的表面应该是超光滑级，表面面形超精密级，加工难度非常大，而光学装校也就不言而喻了。浙江大学现代光学仪器重点实验室几年前研制成功了大面积投影光刻物镜，其技术指标是：通光口径为280mm，数值孔径NA为0.08，曝光波长为365nm，景深为0.25μm，线视场为203.2mm，分辨率小于等于2.5μm（理论极限值）。这一类超高精度物镜的制造技术也是光电行业内普遍关注的热点问题。

应用领域：制造装备技术领域

　　项目介绍：项目来源于国家02重大专项，其主要技术为光刻机双工件台项目上的关键技术，其中的关键部件技术包括超精密气浮导轨技术、气浮轴系技术，激光干涉仪技术等。已取得的成果包括直线运动精度突破50nm/100mm的超精密陶瓷/花岗岩气浮导轨，回转精度突破20nm、转速可达6000转/分钟的超精密高/中/低速气浮主轴，真空波长准确度达到1.2×10-8的超精密双频激光干涉仪，固有频率突破横向0.52Hz和垂向0.63Hz的大型/超大型气浮隔振平台与基础装备等。

　　经济效益分析市场前景预测：该类产业的产品具有技术含量高、需求量较大和经济效益高的特点，成为新的高效益经济增长点。其中精密/超精密气浮主轴与导轨和精密气浮中/高速电主轴类，超精密双频激光干涉仪、激光自准直仪和激光跟踪仪类，以及精密/超精密直线/音圈电机和精密高速/超高速电机类等高端产品和超精密激光直写机、太阳能电池专用光刻机、超精密硅片研抛机和系列高速/超高速精密加工/检测一体化装备，系列微电子产品和平板显示产品测量仪器等高端整机装备都能够在我省形成国内填补空白的产业，预期年产值可达20-30亿元。

　　知识产权情况：本项目已申请发明专利108项，其中授权35项。

　　项目单位：哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所

　　服务电话：4008-970-114 8009-170-114

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跟帖：

奇怪，楼主既然说到光刻机，怎么没说到中国的最新突破。光刻机的三大核心技术：双件工作台、光源、物镜。其中，中国已经突破双件工作台技术（清华大学国家核高基02专项，已通过专家鉴定）。光源方面，如楼主所说，中国已突破固态深紫外技术，但正在研究将其用于光刻机的技术攻关。物镜技术也有突破，但目前的问题是用于光刻机的技术攻关正在进行。 总之，光刻机要赶上ASML还有一段路要走。