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今年7月，研究進(jìn)展發(fā)表在中國科學(xué)院的官方網(wǎng)站上。中國科學(xué)院蘇州研究所和國家納米中心在《納米快報(bào)》上發(fā)表了題為“制備5納米間隙電極的超分辨率激光光刻技術(shù)”。“超分辨率激光光刻技術(shù)在5 nm納米間隙電極和陣列上”的研究論文介紹了該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新的5 nm超高精度激光光刻處理方法。
該論文發(fā)表在《納米快報(bào)》（Nano Letters）上。圖片摘自ACS官方網(wǎng)站
新聞發(fā)布后，外界開始沸騰。一些媒體聲稱，這項(xiàng)技術(shù)可能“突破ASML的壟斷地位”，“ China Chip取得了重大進(jìn)展”。
該論文的通訊作者，中國科學(xué)院研究員，博士生導(dǎo)師劉謙對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者說，這是一種誤解，而且該技術(shù)不同于極紫外光刻技術(shù)。
極紫外光刻技術(shù)主要解決了光源波長的問題。極端紫外線（Extreme Ultra-violet，簡稱EUV）是一種光刻技術(shù)，它使用波長為10-14納米的極端紫外線作為光源。
集成電路的線寬是指可以通過特定工藝光刻確定的最小尺寸，通常稱為“ 28納米”和“ 40納米”。該尺寸主要由光源的波長和數(shù)值孔徑確定。掩模上電路布局的大小也會(huì)影響光刻的大小。當(dāng)前主流的28-nm，40-nm和65-nm線寬工藝均使用浸沒式光刻技術(shù)（波長為134 nm）。但是，在諸如5nm的先進(jìn)工藝中，由于波長限制，浸沒式光刻技術(shù)無法滿足更精細(xì)工藝的需求。這就是極端紫外線光刻機(jī)誕生的背景。
中國科學(xué)院開發(fā)的5納米超高精度激光光刻加工方法的主要目的是制造光掩模。這是集成電路光刻制造中必不可少的部分，并且是限制最小線寬的瓶頸之一。目前，中國生產(chǎn)的標(biāo)線主要是低檔，大部分設(shè)備材料和技術(shù)都來自國外。
劉謙告訴《財(cái)經(jīng)》記者，如果可以將超高精度激光光刻處理技術(shù)用于高精度光罩的制造，那么有望提高我國光罩的制造水平，減小光罩的線寬。現(xiàn)有的光刻機(jī)芯片。這也是非常有用的。該技術(shù)完全獨(dú)立于知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其成本可能低于目前的水平，并且具有產(chǎn)業(yè)化的前景。
但是，即使該技術(shù)已經(jīng)商業(yè)化，以打破荷蘭ASML（NASDAQ：ASML）在光刻機(jī)上的壟斷地位，仍然需要突破許多核心技術(shù)，例如透鏡的數(shù)值孔徑和透鏡的波長。光源。
如果您將光刻機(jī)看作是倒置的投影儀，則該掩模相當(dāng)于一張幻燈片。光源穿過掩模，并且將設(shè)計(jì)的集成電路圖案投影到光敏材料上，然后通過蝕刻工藝將圖案轉(zhuǎn)印到半導(dǎo)體芯片上。
原理圖：首先通過激光將電路設(shè)計(jì)寫在光掩模上，然后用光致抗蝕劑通過掩模將光源照射到矽晶片的表面上。
通常，每個(gè)掩模版的布局是不同的，并且通常需要一組不同的掩模版來制造芯片。掩模版的生產(chǎn)要求非常高，這使其非常昂貴。例如，一套45nm節(jié)點(diǎn)CPU標(biāo)線片的成本約為700萬美元。如今，隨著產(chǎn)品個(gè)性化和小批量化的趨勢，標(biāo)線片的價(jià)格在整個(gè)芯片成本中迅速飆升。
高端口罩在中國仍然是“瓶頸”技術(shù)。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，除了可以獨(dú)立生產(chǎn)的英特爾（NASDAQ：INTC），三星（PINK：SSNLF）和臺(tái)積電（NYSE：TSM）之外，美國光電子公司（NASDAQ：PLAB）主要使用高端掩模。Dainippon Printing Co.，Ltd.（DNP）和Toppan Printing Co.，Ltd.（PINK：TOPPY）由三個(gè)公司壟斷。根據(jù)第三方市場研究機(jī)構(gòu)前瞻性產(chǎn)業(yè)研究所的數(shù)據(jù)，這三家公司占全球市場份額的82％。
數(shù)據(jù)來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院圖：陳一帆
而且，這項(xiàng)技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還有很長的路要走。ASML于1999年開始開發(fā)極紫外光刻機(jī)，直到2010年才發(fā)布第一款原型機(jī)。首款7nm極紫外工藝芯片于2019年商業(yè)化，歷時(shí)20年。這是技術(shù)必須從實(shí)驗(yàn)室支付到商業(yè)用途的時(shí)間成本。
半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)發(fā)展了60多年，實(shí)現(xiàn)摩爾定律的關(guān)鍵在于光刻機(jī)可以不斷實(shí)現(xiàn)更小的分辨率，在單位面積上在芯片上制造更多的晶體管，并提高芯片的集成度。如果沒有光刻機(jī)，那么根本就不會(huì)有先進(jìn)的芯片制造。根據(jù)第三方市場研究機(jī)構(gòu)Foresight Industry Research Institute的調(diào)查，全球光刻機(jī)市場的74％在2019年由荷蘭ASML公司壟斷。ASML也是世界上唯一可以批量生產(chǎn)極限紫外光刻機(jī)的公司。
如何突破專利保護(hù)層也是獲得完全獨(dú)立的光刻機(jī)的難題之一。極紫外光刻技術(shù)的領(lǐng)域就像是一個(gè)充滿地雷的戰(zhàn)場。ASML通過大量專利和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)來壟斷該技術(shù)。
長期以來，該行業(yè)一直在嘗試另一條技術(shù)路線。例如，中國科學(xué)家和普林斯頓大學(xué)的周瑜于1995年首次提出了納米壓印技術(shù)，但仍無法克服商業(yè)化的困境。
而且，極紫外光刻機(jī)的成功商業(yè)化不僅是ASML的工作，更像是一個(gè)集成的創(chuàng)新平臺(tái)，其中近90％的核心組件來自世界各地的公司。ASML通過收購開放了上游業(yè)務(wù)。產(chǎn)業(yè)鏈，例如德國的卡爾·蔡司的激光系統(tǒng)，美國的矽谷光刻集團(tuán)的激光系統(tǒng)以及西盟科技的紫外線光源。目前，沒有任何國家可以獨(dú)立完成光刻機(jī)的制造。在極短的時(shí)間內(nèi)，中國幾乎不可能突破ASML在極端紫外光刻技術(shù)中的壟斷地位。
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