国产DUV光刻机最后一个难关突破，14纳米工艺有望年内量产

2022年底哈尔滨工业大学在高精度激光稳频、光学非线性误差精准抑制、高速高分辨力干涉信号处理等多项关键技术方面取得持续突破，研制成功了系列超精密高速激光干涉仪。这个超精密高速激光干涉仪就是用于光刻机的平面光栅激光干涉仪。至此我国国产DUV光刻机的最后一道技术难关被攻克。平面光栅激光干涉仪是高性能DUV光刻机的核心部件，是具备亚纳米测量精度的测量设备。在光刻机上主要用于测量光刻机镜头、掩膜版、双工件台等部件的精确位置信息，是保证光刻机加工精度的关键部件。

该激光干涉仪激光真空波长相对准确度最高达0.96纳米，位移分辨力为0.077nm，光学非线性误差最低为13pm，最大测量速度为5.37m/s。目前该系列干涉仪已成功应用于我国350nm至28nm多个工艺节点的光刻机样机集成研制和性能测试领域，为我国光刻机等高端装备发展提供了关键技术支撑和重要测量手段。 而且还可为我国7nm及以下节点光刻机研发提供重要的共性技术储备。

实际上用于加工28纳米芯片的国产DUV光刻机已于2021年下线交付用户，用于芯片生产线的的调试和工艺改进。但28纳米国产生产线迟迟未能投入批量生产。最后一个技术难关就出在激光干涉仪上，当时使用的激光干涉仪是多轴激光干涉仪，长时间调试仍然未能达到量产标准。

好在去年年底哈尔滨工业大学研制成功了平面光栅激光干涉仪，平面光栅激光干涉仪的测量精度是远高于多轴激光干涉仪的。终于解决了国产DUV光刻机批量生产前的最后一个技术难题。其实荷兰ASML公司用于生产28纳米芯片的DUV光刻机用的也是多轴激光干涉仪，但是到了生产14纳米芯片的DUV光刻机就换成了平面光栅激光干涉仪。而且更高精度的EUV光刻机使用的也是平面光栅激光干涉仪。

也就是说哈尔滨工业大学研制成功的平面光栅激光干涉仪，经过改进可以满足更高精度光刻机的潜力。我们知道使用DUV光刻机采用多重曝光工艺最多可以制造7纳米的芯片。在7纳米这个节点上使用DUV光刻机或者EUV光刻机都是可以的。而EUV光刻机对激光干涉仪的精度要求更高，需要达到0.1纳米。哈尔滨工业大学研制成功的平面光栅激光干涉仪的相对准确度是0.96纳米，而位移分辨力为0.077nm，也就是精度高于0.1纳米。也就是说中国已经具备EUV光刻机研制的初步条件。

至此可以说，用于制造28纳米、14纳米、7纳米芯片的国产DUV光刻机技术已经全部突破，剩下的只是技术集成和调试优化的问题。据媒体报道用于生产28纳米芯片的国产DUV光刻机已去年年底投入芯片生产线批量生产。用于生产14纳米芯片的国产DUV光刻机可能会在今年下半年投入芯片生产线批量生产。而用于生产7纳米芯片的国产DUV光刻机年底前也有望投入芯片生产线批量生产。

28纳米生产工艺可以满足70%左右芯片的生产要求，7纳米生产工艺可以满足90%左右芯片的生产要求。据International Business Strategies数据显示，2022年中国大陆的芯片自给率提升至25%左右。从25%到90%这中间有着巨大的增长空间，足以保证我国未来几年内半导体产业保持高速增长。当然这只是针对光刻机这个设备而言的，在半导体生产线上我们仍然有很多设备和材料上的空白和短板需要填补。尽管如此，在国产光刻机这个最关键的半导体生产设备上我们已经实现了突破，相信经过半导体产业众多企业的共同努力，后面的空白和短板会越来越少。中国半导体加油！