启闳半导体科技(江苏)有限公司QiHong Semicon TECHNOLOGY (JIANGSU) CO.,LTD
半个多世纪以来,半导体行业按照摩尔定律不断发展,驱动了一系列的科技创新。随着器件尺寸越来越逼近物理极限,摩尔定律对新一代工艺节点研发是否依然奏效成为当前全行业都在讨论的问题。
其中,光刻是摩尔定律的前沿阵地。
自从1958年世界上出现第一块平面IC开始,微电子技术之所以能够创造如此伟大的奇迹,光刻技术立下了汗马功劳。在所有半导体产品制造中,都需要通过光刻技术将电路图形转移到单晶表面或介质层上,光刻技术的不断突破推动着集成电路密度、性能不断翻倍,成本也愈加优化。
在过去的60年发展历程中,光刻技术一次又一次突破分辨率极限,使得IC制造技术的工艺极限不断被打破,摩尔定律不断在延伸。
回顾光刻技术发展历程,随着工艺节点的不断缩小,光刻技术主要经历了紫外光刻技术(UV)、深紫外光刻技术(DUV)和极紫外光刻技术(EUV)。光刻技术采用的光波长也随之从436nm、365nm、248nm,向193nm、13.5nm等延伸迭代。
1980s以来,光刻技术采用的光波长变化
(图源:ASML)
回溯产业发展进程,光刻光源被卡在193nm无法进步长达20年。从上图也能看到,从193nm到13.5nm光波长之间,出现了一大段“真空地带”,光波长从193nm到EUV的13.5nm中间,曾经历过哪些波折,留下了哪些故事。
时间退回到20世纪60年代,彼时距离ASML成立还有二十余年,集成电路已在美国加州海岸发展得如火如荼。
在集成电路制造全部流程中,光刻是最为关键的一环。光刻机的原理其实像幻灯机一样简单,就是把光通过带电路图的掩膜(Mask)投影到涂有光敏胶的晶圆上。早期60年代的光刻,掩膜版是1:1尺寸紧贴在晶圆片上,那时的晶圆也只有1英寸大小。
围绕光刻技术,GCA、Perkin-Elmer等公司开始了最初的技术与市场积累。在荷兰飞利浦实验室终于开始研发光刻机之际,GCA已经开发出了重复曝光光刻机,并将其推入了市场。
随着集成电路结构逐渐缩小,接触式光刻逐渐难以满足精度需求,产业开始寻求光刻技术全新的突破。
1970年代末,Perkin-Elmer凭借投影扫描光刻机获得了90%的光刻市场,一跃成为半导体行业最大的设备供应商。GCA也迅速推出第一台步进光刻机,与前者展开正面博弈。
直到1980年代初,美国的Prekin-Elmer和GCA主导着全球光刻机市场,日本的尼康、佳能开始显现出强劲的发展势头,开始从GCA和P&E手里夺下一个接一个大客户。而荷兰的飞利浦却陷入了停滞状态,1983年终于答应与ASM合作,此时其光刻机研发已经走到了穷途末路。