整理2015年天涯上關於光刻機的帖子

2015年作者預測： “3年內出22納米的 ，2020年左右出14納米的！！” 
只過去了1年半後的今天， 中科院光電所實驗室研製出世界上第一台SP光刻機單次成像達到22納米，結合多重曝光技術，可以用於製備10納米以下。

作者：泡沫海鷗戰鬥組 
時間：2015-05-04

　　先說一下目前的世界光刻機的現狀 。。。目前世界主流的光刻機還是深紫外侵入式光刻機，在這個光刻機上面 世界占有率最高的是荷蘭的一家公司 ，目前荷蘭的這家公司可以把這個技術的光刻機做到14納米，另外是日本的可以做到18納米。但是因為深紫外技術固有的缺點 ，導致不能繼續的向更加精度的方向發展。如果想做到10納米一下 那麼就要用到級紫外技術的光刻機。在這個極紫外技術的光刻機上面的研發荷蘭那個公司領先，日本尼康明顯的落後。

　　下面分別說一下深紫外侵入式光刻機的主要核心技術：

　　深紫外光刻機用到的光源是深紫外光線，在這個光源上面的研發最牛逼的是德國的亞深，日本尼康通過收購德國的這個企業獲得了這個光源的技術，另外一個技術就是物鏡，深紫外光線要想達到22納米的水平 那麼物鏡的數值口徑要達到1.35以上。目前德國的光學公司可以達到，另外日本的尼康通過購買德國的技術也可以達到。達到這個口徑很難。因為這要加工亞納米精度的大口徑的鏡片，用到的最大口徑的鏡片達到了400毫米，那麼在這方面中國的技術如何呢？

　　進過我的查找 把中國在深紫外光刻機上面的技術水平進行了整理

　　首先看光源，在深紫外光源上，荷蘭的公司和日本尼康都是用的德國亞深公司的光源，這個深紫外光源是離子束的，，，中國的研發的是世界唯一的固態深紫外光源，這個要比離子束的高一個水平，主要固態深紫外光源的獨特優點是，比較小 這樣設計光刻機比較小巧而且設計的控制設備更加的簡單 這樣成本更加的低，，還有頻帶寬 這樣可以用一台光刻機直接做到100納米到20納米的幾乎所有的節點。這個技術是中國獨有的，小鬼子沒有。

　　另外看物鏡，你要想讓深紫外技術的光刻機達到22納米甚至目前的14納米的頂級極限水平那麼主要改進的就是物鏡，物鏡的最核心的部件當然就是鏡片了，那麼中國的物鏡的鏡片如何呢？？22納米水平光刻機用的1.35口徑物鏡，要用到400毫米的亞納米精度的鏡片。這個荷蘭日本都是用的德國的技術，主要是用磁流變設備和離子束設備輔助手工加工的，看好了 可是手工哦！！產量很低，加工很慢，成本很高。

　　而中國發明了全自動的磁流體和離子束機床，可以實現鏡片的全自動高速加工，！！而且可以把亞納米的鏡片最大直徑加工到2米！！！這個兩個技術是小日子絕對不會有滴。

　　另外就是中國的物鏡的檢測設備，精度達到了0.1納米，物鏡組裝台也設計完成，

　　那麼中國自己的深紫外光刻機最近就會出了，最新出的應該是65納米和45納米的產業化光刻機，隨後出32納米和22納米的，最後出14納米的。。。這類機床都是一個技術水準，主要進過該井物鏡達到更高的製程。

　　因為中國即將出的這類光刻機用到了中國獨有的固態深紫外激光器光源和亞納米物鏡自動加工機床，導致中國的光刻機成本有很大的優勢，估計可以便宜一半。

　　更重要的是深紫外固態激光器獨特的優勢，導致中國的光刻機一台可以覆蓋200納米到32納米甚至到15納米的所有節點，還有由於是獨特的世界上唯一實現8倍頻的固態深紫外激光器，那麼意味着這個光刻機的產率很高。也就是同樣的時間中國的光刻機可以生產更多的芯片，還有這個固態激光器小巧帶來的設計簡化還有本事的可靠性導致中國光刻機的壽命更長 成本更低 可靠性更好 產率更高 價格更低。這些特點會使中國的光刻機快速的占領14納米以上的所有光刻機市場。

　　中國的這類光刻機很快就出現了，估計今年出65納米的，明年出32納米和45納米的。3年內出22納米的 ，2020年左右出14納米的！！

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　另外 ，光刻機下一步的發展是極紫外光線的步進光刻機，目前的深紫外的極限就是達到14納米了，再往下發展很難，會導致設備很複雜，，成本變得很高，目前的荷蘭的那個14納米的深紫外的由於設計很複雜 導致目前的開價是2億美元一台！！！

　　所以10納米製程一下的要用到極紫外技術了，目前荷蘭那個 德國 日本 美國 中國都是在研發這個技術，除了荷蘭出過一個樣機以外，世界各國基本都是研發階段。

　　極紫外光刻機有很多的難點，主要是物鏡的精度更加的高，還有光源的功率的提高很難，

　　先說物鏡的難點，因為極紫外光線的能量很高，一般的物鏡材料不適用，現在使用的是多層的原子鍍膜技術。這個技術很難就是了，還有要使用的反射鏡片的精度要達到變態的0.1納米。還有要在上面鍍上幾層的原子級別的薄膜。另外物鏡的安裝，因為每次反射光線後都要，從新調整鏡片的位置，這個精度調整精度要達到0.3納米！！！所有你調整鏡片前先要測量鏡片的位置，這個測量精度要達到0.1納米！！！！還要調整。。。因為受重力和振動的影響，達到0.3的調整精度的物鏡的安裝平台的設計很難。。目前世界上 美國還有日本 德國都在研究這個 ，因為保密，基本沒有什麼具體設計的資料的公開。

　　那麼在下一代的10納米的極紫外光刻機上面的研發上中國是什麼水平呢？？

　　先說光源。中國研發極紫外光源不難。因為中國的激光研發已經幾十年了，，中國的光源的技術積累很紮實，不像日本那樣要靠買德國亞深的技術，但是研發出極紫外光源不難，難得是你研發的極紫外光源要比較小可以安裝在光刻機上面，還有光源質量要好，，還有功率要高。。功率要達到100瓦才可以產業化，目前德國亞深可以達到55瓦，亞深說的很快就會出100瓦的。日本這個通過收購亞深得到了這個技術。

　　中國07年就研發出了極紫外光刻機光源。是上海光機所研發的，目前中國這個光源的技術沒有公布。

　　另外分析極紫外光刻機的物鏡上面說了 。鏡片要大口徑的0.1納米的精度的鏡片，這個中國已經解決了。還要在上面鍍上幾層的原子薄膜。。。在這個鍍膜技術上中國是世界一流。鍍的這個薄膜的理論反射極限是70%中國的可以達到65%!!!!!!!!!!!!

　　還有物鏡的高精度安裝平台設計，精度要達到0.3納米，測量器精度要達到0.1納米。測量器中國公布了。是世界水平的0.1納米的。鏡片鍍膜技術也是世界水平，安裝台和光源很好見到介紹的資料，這個估計是因為保密原因吧。。

　　不過在下一代光刻機上面中國的基礎研究絕對領先日本！！！！日本的鏡片加工是德國的 光源是德國的 鍍膜日本水平一般。。。這幾個中國都領先日本

　　所以不久的將來 中國的22納米光刻機 14納米光刻機 32納米的 45納米的 65納米的 100納米的光刻機會把小鬼子的同類光刻機趕出市場。。

　　在下一代光刻機上面中國也會把小鬼子趕出市場。。小鬼子的光刻機在學習德國的核心技術上面都比不過荷蘭。在全面掌握核心技術的中國面前會很快的被打出原形！！！！！

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　　下面就是發證據了：
　　中國的獨特的固態深紫外光源，是世界獨有的，這個激光器可以設計完美的設計成光刻機用的光源，而且中國確實也在這麼做

　這是新聞報道的中國亞納米光學部件加工的畫面，看畫面中的亞納米鏡片的直徑最少要有半米！！！！荷蘭那個14納米的光刻機最大亞納米鏡片是買的德國的不到半米，是機床輔助手工加工的，加工很慢，很貴。中國是世界上唯一實現了機床自動加工亞納米鏡片的國家。畫面上那個要超過半米。

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　與S620D類似，S621D的NA值參數也達到了1.25.不過S621D在套刻精度方面更上一層樓，其性能是根據14nm製程的要求制定的.根據尼康高管Shibasaki在一份演示中介紹了這款新機型的改進和優化之處，如新機型採用的動態鏡片控制技術，自適應以及圖像畸變控制技術，自適應型掩膜版載具控制技術等(intra shot grid, dynamic lens control, adaptive reticle chuck and aberration control)。

　　這個就是尼康的拳頭光刻機....14納米的那個 其實就是在22納米上面用套刻技術解決的......本質還是22納米的,,,,,,22納米的物鏡上面說了是1.25......中國研發的是1.35!!!!!!!!!! 

　　中國的1.35物鏡再2013年就完成了

　4.“精”—超精光學鏡頭或光學元件

　　4.1.超精光學表面加工工藝

　　光學表面對面形精度及表面粗糙度的要求越來越高，光學鏡頭（紫外光刻鏡頭等）也需要有接近衍射極限的成像質量，這些都促使超精加工中出現了一批新的加工工藝與方法，包括：計算機數控小工具光學表面加工（CCOS）、磁流變拋光（MRF）技術及離子束拋光（IBF）技術。20世紀80年代，我國開始研究CCOS，現在技術已經成熟；20世紀90年代，我國開始研究MRF技術，目前也有很大進展。近幾年，美國QEDTechnologies公司也開始提供MRF技術和設備。同時，國防科技大學也利用IBF技術修飾光學表面，粗糙度達到了1nm。

　　數字波面干涉儀是檢測面形精度的主要儀器，我國在1985年完成了第一台樣機的研製。近幾年，南京理工大學研製了小型球面干涉儀，造價低，使用方便，市場占有率很高，他們最近又為"神光Ⅲ"研製出口徑為600mm的紅外干涉儀。在測量非球面面形方面，國外提出了子孔徑干涉法和環帶法，平面、球面或者非球面都可以用干涉儀直接測量面形。

　　4.2.超精光學鏡頭的超精裝校技術

　　超精光學裝校是生產接近衍射極限光學鏡頭的另一個重要保證。超精定中心專用立式裝校車床是超精光學裝校的關鍵。

　　國內最早的裝較儀是成都光電所生產的口徑為500mm的精密定心裝校儀。儀器主軸是超精密軸承結構，徑向跳動和軸向跳動都達到1μm。現在國外這類定心機床中的液體靜壓軸承徑向跳動已達到了0.1μm，空氣軸承徑向跳動已達到0.05μm。

　　超精光學裝校以機床主軸為基準，全部鏡片的球心都交在機床主軸上，從而達到以光軸為基準的超精裝校。在裝校過程中還可以按照鏡頭成像要求來進行調整。超精鏡頭是光學鏡頭的最高要求，典型代表是紫外光刻鏡頭、干涉儀標準鏡頭、望遠鏡校準鏡頭與空間相機等。

　　我國近期開展的193nm超紫外光刻鏡頭給光學設計、光學加工和光學裝校帶來了很大的挑戰。據初步估測，如果要完成該鏡頭給定的設計指標需要30多個鏡片，所用光學材料主要為硬質石英玻璃與軟質的氟化鈣（CaF2）晶體。顯然這種材料的表面應該是超光滑級，表面面形超精密級，加工難度非常大，而光學裝校也就不言而喻了。浙江大學現代光學儀器重點實驗室幾年前研製成功了大面積投影光刻物鏡，其技術指標是：通光口徑為280mm，數值孔徑NA為0.08，曝光波長為365nm，景深為0.25μm，線視場為203.2mm，分辨率小於等於2.5μm（理論極限值）。這一類超高精度物鏡的製造技術也是光電行業內普遍關注的熱點問題。

應用領域：製造裝備技術領域

　　項目介紹：項目來源於國家02重大專項，其主要技術為光刻機雙工件台項目上的關鍵技術，其中的關鍵部件技術包括超精密氣浮導軌技術、氣浮軸系技術，激光干涉儀技術等。已取得的成果包括直線運動精度突破50nm/100mm的超精密陶瓷/花崗岩氣浮導軌，迴轉精度突破20nm、轉速可達6000轉/分鐘的超精密高/中/低速氣浮主軸，真空波長準確度達到1.2×10-8的超精密雙頻激光干涉儀，固有頻率突破橫向0.52Hz和垂向0.63Hz的大型/超大型氣浮隔振平台與基礎裝備等。

　　經濟效益分析市場前景預測：該類產業的產品具有技術含量高、需求量較大和經濟效益高的特點，成為新的高效益經濟增長點。其中精密/超精密氣浮主軸與導軌和精密氣浮中/高速電主軸類，超精密雙頻激光干涉儀、激光自準直儀和激光跟蹤儀類，以及精密/超精密直線/音圈電機和精密高速/超高速電機類等高端產品和超精密激光直寫機、太陽能電池專用光刻機、超精密硅片研拋機和系列高速/超高速精密加工/檢測一體化裝備，系列微電子產品和平板顯示產品測量儀器等高端整機裝備都能夠在我省形成國內填補空白的產業，預期年產值可達20-30億元。

　　知識產權情況：本項目已申請發明專利108項，其中授權35項。

　　項目單位：哈爾濱工業大學超精密光電儀器工程研究所

　　服務電話：4008-970-114 8009-170-114

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跟帖：

奇怪，樓主既然說到光刻機，怎麼沒說到中國的最新突破。光刻機的三大核心技術：雙件工作檯、光源、物鏡。其中，中國已經突破雙件工作檯技術（清華大學國家核高基02專項，已通過專家鑑定）。光源方面，如樓主所說，中國已突破固態深紫外技術，但正在研究將其用於光刻機的技術攻關。物鏡技術也有突破，但目前的問題是用於光刻機的技術攻關正在進行。 總之，光刻機要趕上ASML還有一段路要走。