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点亮中国“芯”，这件专利会是国产光刻机的锦鲤吗？

发表时间：2018-11-19 16:33

导语：

随着需求越来越旺盛，工艺也越来越精细化，对光刻机的要求也越来越精密，国内光刻机市场潜力巨大。华卓精科作为中国光刻机核心零部件顶尖供应商，已经攻克高端光刻机双工件台这一难题，突破了荷兰ASML公司在这一领域的技术垄断，成为世界上第二家掌握这一核心技术的公司。目前正在开发新一代浸没式双工件台，预计可以延伸至10纳米工艺节点，这也为国产高端光刻机的生产迎来了曙光。

中美贸易大战把当今最先进的半导体产业推上了风口浪尖上。半导体芯片生产主要包括IC设计、IC制造、IC封测三大环节。在半导体芯片的产业链上，前端设计环节，国际上高手如云，如Intel, 高通，博通，AMD等，国内有华为海思突破重重技术壁垒，已经研制出7nm麒麟芯片，高端芯片设计能力冲到了世界前沿水平；后端封测环节，长电科技、华天科技、通富微电、晶方科技通过收购合并的方式不断地壮大实力。整个产业链上，国内半导体芯片的产业发展就卡在IC制造这一块上了。

图1：IC制造图

来源：方象知产研究院

IC制造主要包括制造晶棒、生产晶圆、晶圆涂膜、显影和蚀刻，掺杂等，半导体线路的线宽，还有芯片的性能和功耗都与光刻工艺息息相关，光刻的耗时占到整个IC生产环节的一半左右，占芯片生产成本的1/3, 光刻在芯片制造中非常重要。光刻整个过程在光刻机上完成，光刻机就好比放大的单反，将已设计好的集成电路图形通过光线的曝光印在光感材料上形成图形。将数十亿晶体管集成在2-3cm2的方寸之地，光刻机需达到几十纳米甚至更高的图像分辨率，堪称世界上最精密的仪器。光刻机影响到最终产品质量的核心技术指标就是分辨率、套刻精度和产率。

现阶段我国的光刻机面临着两大问题：

严重供不应求

严重供不应求。目前全球能生产光刻机的厂家为数不多，主要有荷兰的ASML、日本的NIKON和CANON以及中国的上海微电子装备公司SMEE。2017年全球晶圆需求达1160万片，国内达到110万片，2020年国内对12寸大硅片需求从42万片增加到105万片，2020年对8寸硅片需求从70万片增加到96.5万片，我国去年一年从西方进口芯片就超过1万五千亿人民币，且这个趋势还在不断地上升。而对如此大的芯片市场，我国光刻机的设备还是以中低端为主，尤其是EUV设备的生产，处于空白状态。ASML公司今年预计出产18台EUV设备，明年将增长到30台，数量极少，加之中国尖端芯片制造设备的进口受到限制，根本无法满足中国的光刻机市场需求。而芯片的设计已经把芯片的制造甩了好几条街，光刻机的研发跟芯片设计的节奏相差甚远。

跟国际先进水平相差巨大。目前能够生产最先进的沉浸式光刻机有ASML、尼康和佳能，佳能和尼康基本放弃EUV光刻机的研发，能够提供EUV光刻机的目前只有ASML，也就说未来7nm以下的工艺，ASML一家独霸天下了。ASML是光刻机领域当之无愧的龙头老大，垄断高端光刻机市场，占据高达80%的市场份额，是全球几大芯片厂家的供应商。国内目前生产光刻机的有上海微电子装备有限公司，中子科技集团公司第四十五研究所国电，合肥芯硕半导体有限公司，先腾光电科技有限公司和无锡影速半导体技术有限公司，目前代表国产化的光刻机最先进的水平就是上海微电子装备有限公司，已经实现90纳米的量产，还需要跨越65nm, 45nm, 32nm, 22nm, 14nm，10nm几大技术台阶，路还很漫长。

国家政策和资金扶持

一台EUV光刻机售价超过1亿欧元，同样，光刻机的研制成本也是非常巨大，光靠企业难以支撑。目前国家16个重大专项中的02专项（极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项）就提出2020年将生产22纳米工艺的光刻机。国家的政策和资金的支持，也给我国光刻技术的可持续发展夯实了坚实的基础。

华卓精科背负着将清华大学在02专项的高端垄断技术成果产业化的使命，专做IC制造、光学、超精密制造等行业的整机装备、核心子系统、关键零部件等，其中光刻机双工件台是华卓精科最核心主打的产品。

双工件台，指的是一片硅晶圆在一个工作台进行光刻曝光的同时，另一片晶圆在第二个工作台进行测量对位，这样大幅提高工作效率与对位精度。

光刻机的两大核心子系统双工件台的运动误差必须保持在2纳米以内，相当于人头发丝直径的四万分之一。光刻机双工作台与浸没式设备是整个行业发展的转折点，也是近年来各梯队的差距所在。比如之前的主要光刻设备厂商尼康和佳能，就在浸没式光刻产品上落后于阿斯麦，直接甩到了第二梯队。

从华卓精科的专利检索可看出，华卓精科的专利申请量约1/3都与光刻工艺相关，如下图。

图2：华卓精科专利申请图

来源：方象知产研究院

从上图可知， G03F领域的专利申请占比最大，其专利申请主要涉及超精密加工和检测设备，具体来说就是半导体光刻设备。华卓精科实现了6自由度微动工作台，这一技术标志着国家高技术发展的水平，欧美和日本等拥有先进光刻技术的国家均把超精密微动工作台的技术列为核心技术，严格限制对中国的出口。华卓精科研发成功的6自由度微动工作台，可用于补偿光刻机硅片台的定位误差和调平调焦的功能。

其次是G01B，该部分专利申请主要涉及到半导体光刻设备工作台位移测量等，华卓精科的特色在于其提供的平面光栅干涉仪位移测量系统，不仅具有测量精度高、结构简单和便于小型化集成等优点，还可实现亚纳米甚至更高分辨率及精度，能够同时测量二个线性位移，进而将工件台的综合性能极致化。

通过技术挖掘不难发现，华卓精科的双工件台具备高精度和快速响应的特性，其技术在世界上都处于领先地位。

重点专利介绍

专利申请号：CN200710118130.5

专利名称：一种6自由度微动工作台

被引证次数：28

主要发明内容：本发明的微动工作台采用并联结构实现6自由度运动，具有结构简单、紧凑、驱动质心低等优点，采用电磁力直接驱动，不存在机械摩擦，无阻尼，具有较高的位移分辨率，其输出推力与输入电流之间成线性关系，运动控制技术成熟。

专利CN207992683U, “一种具有二级防撞保护结构的硅片台双台交换系统”，这个就是有关华卓精科的双工件台的一件实用新型专利，涉及到一种6自由度微动台的防撞结构，最大限度地减小硅片台的尺寸和重量，并使其受力均匀，并且大提高了对硅片台内部结构的安全防护能力。与此相对应的，还有专利Six-degree-of-freedom displacementmeasurement method for exposure region on silicon wafer stage（在硅片台上曝光区域中的6自由度位移测量方法），此件专利在美国申请。继二自由度，三自由度，五自由度之后，华卓精科通过不断地创新研究，在双工件台上的技术实现了6自由度位移测量，这对硅片台调平调焦很关键，硅片的光刻精度提高的同时也大大降低测量的复杂性。