中科院造出最强紫外超分辨光刻装备，能生产10nm芯片！

智东西11月30日消息，昨天，中国芯片产业取得了重大突破！

中科院宣布，经过7年由中国科学院光电技术研究承担研究的“超分辨光刻装备项目”正式在成都通过验收，这是世界上首台分辨力最高的紫外超分辨光刻装备，能够在365nm的波长下完成22nm工艺芯片的生产，还能通过多重曝光等手段实现10nm以下工艺的芯片生产。

（原文配图）

最重要的是，这套光刻机绕过了国外高分辨光刻装备技术知识产权壁垒，形成了一条全新的纳米光学光刻工艺路线，具有完全自主知识产权。

那么这套光刻机究竟牛在哪？我们为什么要关注它？中国的芯片产业跟国外前沿差多少？这台光刻机能改变什么？这些问题，本文将一一解答。

光刻机：中国的“芯”痛

芯片产业可以分为设计、制造、封装三大流程，在这大三领域里，我国在设计与封装方面进展尚可，如海思等少数龙头企业还能够与国际一线玩家共台竞技。

然而在芯片的制造领域，却是另一个故事。

受制于自身起步较慢与国外的技术封锁，中国大陆的芯片制造领域与国外先进技术相差巨大。目前台积电的7nm芯片已经量产，而技术最领先的玩家——中芯国际——在前阵子才刚刚宣布14nm工艺开始导入客户，与台积电相差了至少2-3代工艺。

而在芯片制造的各个环节当中，光刻机又是一项重中之重的设备，其重要地位仿佛冠上明珠。

简单来说，芯片制造的过程就是将芯片设计的“图纸”复原在硅片，并保证这块芯片能够实现预设的功能。

芯片制造的环节也有很多，包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等。

而这其中，光刻又是生产流程中最复杂、最关键、耗时最长（几乎一半时间）、成本最高（约占芯片生产成本1/3）的工艺步骤，光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。

然而，我国光刻设备研究现况不容乐观。由于自身起步较慢、国内产研环境又差，我国的光刻设备研发一直处在落后地步。

目前全球最强大的光科技设备厂商为荷兰ASML，其设备已经能进行7nm工艺制造，单价达到近一亿欧元。而我国最先进的设备为上海微电子光刻机，最高工艺制程为90nm。

那么研发不成，我们能买设备、买技术吗？

很不幸，不可以。

从1949年开始，西方国家就陆续通过“巴黎统筹委员会”、“瓦森纳协定”来限制相关国家出口敏感技术和产品，中国正是一个重要的限制对象。

这些协议规定，半导体等相关技术与产品批准出口的技术通常比最先进的晚两代，如果再加上中间落地手续一繁复，分分钟出现“刚引进就落后”的局面。更有甚者，在摩尔定律每18-24个月算力翻番的驱动下，这些被封用引进的国外技术会迅速变成废铁。

而且最坑的是，有些技术我们不是不能做出来，但是由于国外早早就申请注册了专利，因此就算独立研发出来了相关设备，也不能投入生产，否则将面临巨额的罚款与制裁——君不见当年中芯国际因此痛失创始人张汝京。

因此，虽然这套光刻设备并不是全球最前沿的技术、离直接拉进工厂开始生产也还有一段距离，但是它的验收完成就意味着，中国在光刻机领域首次有了如此重大的突破！

而且这套光刻机绕过了国外高分辨光刻装备技术知识产权壁垒，在原理上突破分辨力衍射极限，建立了一条成本更低、更大面积的纳米光刻装备研发新路线，中国具有完全自主知识产权。（目前市面上常用第五代EUV 光刻机，使用波长13.5nm的极紫外光）

国内最强芯片光刻机是怎样炼成的？

11月29日，这个值得中国科技界铭记的历史性的日子！

这一天，国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收，这是我国成功研制出的世界第一台分辨力最高紫外超分辨光刻装备。

这个光刻机由中国科学院光电技术研究所研制，项目启动于2012年，到如今研制成功用了将近7年的时间。

（原文配图）

据研究所许祖彦院士等验收组专家表示，它在365nm波长光源下，单次曝光最高线宽分辨力可达到22nm，相当于1/17波长，而更令人惊喜的是，并且“结合双重曝光技术后，未来还可用于制造10nm级别的芯片”！

22nm是个什么概念？中科院的文章中如此对比：头发的直径约为80微米，22nm是头发直径的1/3600。也就是说，这个光刻机能够在头发表面加工各种复杂的结构。

光刻机就像一台投影仪，将精细的线条图案投射于感光平板，光就是一把雕刻刀，把集成电路设计图雕刻在微小的芯片上，但线条精细程度有极限受限于光波长的一半。

在此之前，光刻机主要使用的是深紫外光源，成像分辨率极限为34nm，而进一步提高分辨率需要非常昂贵的多重曝光等技术。

（原文配图）

总的来说，这一里程碑式的重大国家项目在原理上突破分辨力衍射极限，采用近紫外光、汞灯的低成本光源，建立了一条波长更长、成本更低、更高光刻分辨力（0.06倍曝光波长）、更大面积的nm光刻装备研发新路线，绕过了国外相关知识产权壁垒。

而如此高的技术壁垒，中科院又是怎样突破的呢？

自2003年起，中科院光电所开始将研究一种光刻方法：将金属和非金属薄膜贴合产生无序电子，用光线照射金属膜引起这些电子有序振动，从而产生波长短得多的电磁波。这样一来，其研制的光刻机就能够在365nm波长光源下，将单次曝光最高线宽分辨率压缩到1/17波长。

据说，中科院光电所目前掌握超分辨光刻镜头、精密间隙检测、纳米级定位精度工件台、高深宽比刻蚀和多重图形配套光刻工艺等核心专利。其光刻机已擅长加工一系列纳米功能器件，包括大口径薄膜镜、超导纳米线单光子探测器、切伦科夫辐射器件、生化传感芯片和超表面成像器件等。

其制造的相关器件已经在中国航天科技集团公司第八研究院、电子科技大学太赫兹科学技术研究中心、四川大学华西医院、中科院微系统所信息功能材料国家重点实验室等多家科研院所和高校的重大研究任务中得到应用。

据说今年中芯国际首次向ASML订购的EUV光刻机采购价格高达1.2亿美元。而一旦按照中科院所言，这台设备以后可制造10nm，那就意味着中国自己的光刻机将以更高的性价比惠及整个芯片产业。

有人估计，国产光刻机的出现将为我国每年至少节省上千亿美元的外汇。

中科院该项目的相关负责人表示：“相关领域国外禁运我们再也不怕了！”、“技术完全自主可控，在超分辨成像光刻领域国际领先”。

结语：突破技术封锁，致敬半导体人！

除了上文提到的上海微电子光刻机、中科院超分辨光刻装备项目外，其实中国还有不少研发团队正在努力进行技术突破。

比如，2016年1月，由清华大学、华中科技大学、上海微电子、成都工具所承担的、历时5年的“光刻机双工件台系统样机研发”项目举行了内部验收。

该项目以研制光刻机双工件台系统样机为目标，为我国自主研发65-28nm双工件台干式及浸没式光刻机提供具有自主知识产权的核心子系统。

去年6月，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所也举行了“极紫外光刻关键技术研究”项目验收。

这一项目历时5年，成功研制了波像差优于0.75nm RMS的两镜EUV光刻物镜系统，构建了EUV光刻曝光装置，是国内首次获得EUV 投影光刻32 nm线宽的光刻胶曝光图形。

以上种种，都是中华半导体人的辛勤劳动与不懈努力，是我国半导体与集成电路产业的先锋部队。

不过，由于研发项目往往离工业产品落地还有一段距离，我们同时也要避免陷入研发与市场严重脱节的陷阱，在突破技术封锁的同时，也要关注前沿技术的产业落地。