點亮中國“芯”，這件專利會是國產(chǎn)光刻機的錦鯉嗎？

　　導(dǎo)語：

　　隨著需求越來越旺盛，工藝也越來越精細化，對光刻機的要求也越來越精密，國內(nèi)光刻機市場潛力巨大。華卓精科作為中國光刻機核心零部件頂尖供應(yīng)商，已經(jīng)攻克高端光刻機雙工件臺這一難題，突破了荷蘭ASML公司在這一領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，成為世界上第二家掌握這一核心技術(shù)的公司。目前正在開發(fā)新一代浸沒式雙工件臺，預(yù)計可以延伸至10納米工藝節(jié)點，這也為國產(chǎn)高端光刻機的生產(chǎn)迎來了曙光。

　　中美貿(mào)易大戰(zhàn)把當(dāng)今最先進的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)推上了風(fēng)口浪尖上。半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)主要包括IC設(shè)計、IC制造、IC封測三大環(huán)節(jié)。在半導(dǎo)體芯片的產(chǎn)業(yè)鏈上，前端設(shè)計環(huán)節(jié)，國際上高手如云，如Intel， 高通，博通，AMD等，國內(nèi)有華為海思突破重重技術(shù)壁壘，已經(jīng)研制出7nm麒麟芯片，高端芯片設(shè)計能力沖到了世界前沿水平;后端封測環(huán)節(jié)，長電科技、華天科技、通富微電、晶方科技通過收購合并的方式不斷地壯大實力。整個產(chǎn)業(yè)鏈上，國內(nèi)半導(dǎo)體芯片的產(chǎn)業(yè)發(fā)展就卡在IC制造這一塊上了。

　　圖1：IC制造圖

　　來源：方象知產(chǎn)研究院

　　IC制造主要包括制造晶棒、生產(chǎn)晶圓、晶圓涂膜、顯影和蝕刻，摻雜等，半導(dǎo)體線路的線寬，還有芯片的性能和功耗都與光刻工藝息息相關(guān)，光刻的耗時占到整個IC生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一半左右，占芯片生產(chǎn)成本的1/3， 光刻在芯片制造中非常重要。光刻整個過程在光刻機上完成，光刻機就好比放大的單反，將已設(shè)計好的集成電路圖形通過光線的曝光印在光感材料上形成圖形。將數(shù)十億晶體管集成在2-3cm2的方寸之地，光刻機需達到幾十納米甚至更高的圖像分辨率，堪稱世界上最精密的儀器。光刻機影響到最終產(chǎn)品質(zhì)量的核心技術(shù)指標(biāo)就是分辨率、套刻精度和產(chǎn)率。

　　光刻的耗時占到整個IC生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一半左右，占芯片生產(chǎn)成本的1/3。光刻整個過程在光刻機上完成，光刻機就好比放大的單反，將已設(shè)計好的集成電路圖形通過光線的曝光印在光感材料上形成圖形。將數(shù)十億晶體管集成在2-3cm2的方寸之地，光刻機需達到幾十納米甚至更高的圖像分辨率，堪稱世界上最精密的儀器。光刻機影響到最終產(chǎn)品質(zhì)量的核心技術(shù)指標(biāo)就是分辨率、套刻精度和產(chǎn)率。

　　現(xiàn)階段我國的光刻機面臨著兩大問題：

　　嚴(yán)重供不應(yīng)求

　　嚴(yán)重供不應(yīng)求。目前全球能生產(chǎn)光刻機的廠家為數(shù)不多，主要有荷蘭的ASML、日本的NIKON和CANON以及中國的上海微電子裝備公司SMEE。2017年全球晶圓需求達1160萬片，國內(nèi)達到110萬片，2020年國內(nèi)對12寸大硅片需求從42萬片增加到105萬片，2020年對8寸硅片需求從70萬片增加到96.5萬片，我國去年一年從西方進口芯片就超過1萬五千億人民幣，且這個趨勢還在不斷地上升。而對如此大的芯片市場，我國光刻機的設(shè)備還是以中低端為主，尤其是EUV設(shè)備的生產(chǎn)，處于空白狀態(tài)。ASML公司今年預(yù)計出產(chǎn)18臺EUV設(shè)備，明年將增長到30臺，數(shù)量極少，加之中國尖端芯片制造設(shè)備的進口受到限制，根本無法滿足中國的光刻機市場需求。而芯片的設(shè)計已經(jīng)把芯片的制造甩了好幾條街，光刻機的研發(fā)跟芯片設(shè)計的節(jié)奏相差甚遠。

　　跟國際先進水平相差巨大。目前能夠生產(chǎn)最先進的沉浸式光刻機有ASML、尼康和佳能，佳能和尼康基本放棄EUV光刻機的研發(fā)，能夠提供EUV光刻機的目前只有ASML，也就說未來7nm以下的工藝，ASML一家獨霸天下了。ASML是光刻機領(lǐng)域當(dāng)之無愧的龍頭老大，壟斷高端光刻機市場，占據(jù)高達80%的市場份額，是全球幾大芯片廠家的供應(yīng)商。國內(nèi)目前生產(chǎn)光刻機的有上海微電子裝備有限公司，中子科技集團公司第四十五研究所國電，合肥芯碩半導(dǎo)體有限公司，先騰光電科技有限公司和無錫影速半導(dǎo)體技術(shù)有限公司，目前代表國產(chǎn)化的光刻機最先進的水平就是上海微電子裝備有限公司，已經(jīng)實現(xiàn)90納米的量產(chǎn)，還需要跨越65nm， 45nm， 32nm， 22nm， 14nm，10nm幾大技術(shù)臺階，路還很漫長。

　　國家政策和資金扶持

　　一臺EUV光刻機售價超過1億歐元，同樣，光刻機的研制成本也是非常巨大，光靠企業(yè)難以支撐。目前國家16個重大專項中的02專項(極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝專項)就提出2020年將生產(chǎn)22納米工藝的光刻機。國家的政策和資金的支持，也給我國光刻技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展夯實了堅實的基礎(chǔ)。

　　華卓精科背負(fù)著將清華大學(xué)在02專項的高端壟斷技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化的使命，專做IC制造、光學(xué)、超精密制造等行業(yè)的整機裝備、核心子系統(tǒng)、關(guān)鍵零部件等，其中光刻機雙工件臺是華卓精科最核心主打的產(chǎn)品。

　　雙工件臺，指的是一片硅晶圓在一個工作臺進行光刻曝光的同時，另一片晶圓在第二個工作臺進行測量對位，這樣大幅提高工作效率與對位精度。

　　光刻機的兩大核心子系統(tǒng)雙工件臺的運動誤差必須保持在2納米以內(nèi)，相當(dāng)于人頭發(fā)絲直徑的四萬分之一。光刻機雙工作臺與浸沒式設(shè)備是整個行業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，也是近年來各梯隊的差距所在。比如之前的主要光刻設(shè)備廠商尼康和佳能，就在浸沒式光刻產(chǎn)品上落后于阿斯麥，直接甩到了第二梯隊。

　　從華卓精科的專利檢索可看出，華卓精科的專利申請量約1/3都與光刻工藝相關(guān)，如下圖。

　　圖2：華卓精科專利申請圖

　　來源：方象知產(chǎn)研究院

　　從上圖可知， G03F領(lǐng)域的專利申請占比最大，其專利申請主要涉及超精密加工和檢測設(shè)備，具體來說就是半導(dǎo)體光刻設(shè)備。華卓精科實現(xiàn)了6自由度微動工作臺，這一技術(shù)標(biāo)志著國家高技術(shù)發(fā)展的水平，歐美和日本等擁有先進光刻技術(shù)的國家均把超精密微動工作臺的技術(shù)列為核心技術(shù)，嚴(yán)格限制對中國的出口。華卓精科研發(fā)成功的6自由度微動工作臺，可用于補償光刻機硅片臺的定位誤差和調(diào)平調(diào)焦的功能。

　　其次是G01B，該部分專利申請主要涉及到半導(dǎo)體光刻設(shè)備工作臺位移測量等，華卓精科的特色在于其提供的平面光柵干涉儀位移測量系統(tǒng)，不僅具有測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單和便于小型化集成等優(yōu)點，還可實現(xiàn)亞納米甚至更高分辨率及精度，能夠同時測量二個線性位移，進而將工件臺的綜合性能極致化。

　　通過技術(shù)挖掘不難發(fā)現(xiàn)，華卓精科的雙工件臺具備高精度和快速響應(yīng)的特性，其技術(shù)在世界上都處于領(lǐng)先地位。

　　重點專利介紹

　　專利申請?zhí)枺篊N200710118130.5

　　專利名稱：一種6自由度微動工作臺

　　被引證次數(shù)：28

　　主要發(fā)明內(nèi)容：本發(fā)明的微動工作臺采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)6自由度運動，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、驅(qū)動質(zhì)心低等優(yōu)點，采用電磁力直接驅(qū)動，不存在機械摩擦，無阻尼，具有較高的位移分辨率，其輸出推力與輸入電流之間成線性關(guān)系，運動控制技術(shù)成熟。

　　專利CN207992683U， “一種具有二級防撞保護結(jié)構(gòu)的硅片臺雙臺交換系統(tǒng)”，這個就是有關(guān)華卓精科的雙工件臺的一件實用新型專利，涉及到一種6自由度微動臺的防撞結(jié)構(gòu)，最大限度地減小硅片臺的尺寸和重量，并使其受力均勻，并且大提高了對硅片臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安全防護能力。與此相對應(yīng)的，還有專利Six-degree-of-freedom displacementmeasurement method for exposure region on silicon wafer stage(在硅片臺上曝光區(qū)域中的6自由度位移測量方法)，此件專利在美國申請。繼二自由度，三自由度，五自由度之后，華卓精科通過不斷地創(chuàng)新研究，在雙工件臺上的技術(shù)實現(xiàn)了6自由度位移測量，這對硅片臺調(diào)平調(diào)焦很關(guān)鍵，硅片的光刻精度提高的同時也大大降低測量的復(fù)雜性。