近兩年來，芯片制造成為了半導體行業(yè)發(fā)展的焦點。芯片制造離不開光刻機，而光刻技術則是光刻機發(fā)展的重要推動力。在過去數十載的發(fā)展中，光刻技術也衍生了多個分支，除了光刻機外，還包括光源、光學元件、光刻膠等材料設備，也形成了極高的技術壁壘和錯綜復雜的產業(yè)版圖。

為了促進全球光刻技術的發(fā)展與交流，由中國集成電路創(chuàng)新聯(lián)盟和中國光學學會主辦，中國科學院微電子研究所、中科芯未來微電子科技成都有限公司和中國科學院光電技術研究所承辦的第四屆國際先進光刻技術研討會于11月5日在成都開幕。來自世界各地眾多的廠商、科研機構、高校共500余名技術專家和學者參加了本屆大會。會議所涉及的內容包含了先進節(jié)點的計算光刻技術、SMO、DTCO、EUV、工藝、量測、Deep Learning、光刻設備、材料等領域，涵蓋了當前的技術現狀、未來的發(fā)展趨勢以及面臨的挑戰(zhàn)等。

光刻技術的重要性

據華創(chuàng)證券此前的調研報道顯示，半導體芯片生產的難點和關鍵點在于將電路圖從掩模上轉移至硅片上，這一過程通過光刻來實現，光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平。芯片在生產中需要進行20-30次的光刻，耗時占到IC生產環(huán)節(jié)的 50%左右，占芯片生產成本的1/3。

但光刻產業(yè)卻存在著諸多技術難題有待解決。西南證券的報告指出，光刻產業(yè)鏈主要體現在兩點上，一是作為光刻核心設備的光刻機組件復雜，包括光源、鏡頭、激光器、工作臺等組件技術往往只被全球少數幾家公司掌握，二是作為與光刻機配套的光刻膠、光刻氣體、光掩膜等半導體材料和涂膠顯影設備等同樣擁有較高的科技含量。

這些技術挑戰(zhàn)，也為諸多廠商帶來了發(fā)展機會。時至今日，在這些細分領域當中，也出現了很多優(yōu)秀的企業(yè)，他們在科技上的進步，不僅促進了光刻技術產業(yè)鏈的發(fā)展，也影響著半導體行業(yè)的更新迭代。

光源可靠性是光刻機的重要一環(huán)

眾所周知，在光刻機發(fā)展的歷史當中，經過了多輪變革，光刻設備所用的光源，也從最初的g-line，i-line發(fā)展到了KrF、ArF，如今光源又在向EUV方向發(fā)展。Gigaphoton是在全球范圍內能夠為光刻機提供激光光源的兩家廠商之一（另外一家是Cymer，該公司于2012年被ASML收購）。Gigaphoton的Toshihiro Oga認為，光源是一項專業(yè)性較強的領域，并需要大規(guī)模的投資去支撐該技術的發(fā)展，而光源又是一個相對小眾的領域，尤其是用于光刻機的光源有別于用于其他領域的光源——其他領域所用光源多為低頻低功率，而光刻機所用光源則為高頻高功率，這也讓許多企業(yè)對該領域望而卻步。

光刻光源的可用性是一個關鍵參數。而要使其實現最大化的可用性，就需要“長期穩(wěn)定的運行”和“最少的維護時間”。為實現以上兩個目的，Gigaphoton于2017年提出了““RAM增強的路線圖”以加強其在DUV領域的發(fā)展。據當時的官方報道顯示，公司正在努力延長模塊的使用壽命，并改善公司的現場工程師為客戶提供的現場設備的可維護性，旨在以最少的機器停機次數進行維護。

更具體來看，在本次大會上，Gigaphoton的Toshihiro Oga還介紹了通過光譜性能穩(wěn)定性和光脈沖展寬功能改善成像性能的技術。他表示，最新的ArF浸沒式光刻已被定位為滿足更嚴格的工藝控制要求的最有前途的技術。下一代光源最重要的功能是提高芯片產量。光源的關鍵要求之一是E95％帶寬，帶寬已成為提高工藝裕量和改善光學特性的更關鍵參數。較低的E95％帶寬能夠提高成像對比度，從而實現更好的分辨率和更好的更好OPE特性。同時改善的E95％帶寬穩(wěn)定性，能夠在晶圓上提供更好的CD均勻性。為了縮小CD特征尺寸，降低LWR/LER變得至關重要。此外，新設計的光脈沖展寬器（OPS）可以通過降低斑點對比度（SC）來降低LWR/LER。Gigaphoton一直在研究SC對E95％的敏感度以及空間對比度與時間對比度項的相關性，然后通過引入最新的OPS定義所需的SC。

對于Gigaphoton來說，中國也是一塊非常重要的市場，2019年宣布在中國成立新公司GIGAPHOTON CHINA并開始營業(yè)。據介紹，Gigaphoton占據了50%的中國市場，而且這一市占還在繼續(xù)擴大。

光掩模的技術挑戰(zhàn)

光掩模技術也是光刻產業(yè)當中重要的一個環(huán)節(jié)，光掩模是集成電路的模板，隨著晶體管變得越來越小，光掩模的制造也變得越來越復雜。就目前市場情況來看，電子束系統(tǒng)是制作光掩模的主要曝光技術。其曝光的精度可以達到納米量級，因為可被廣泛使用于超大規(guī)模集成電路中，受到了市場的青睞。

光掩模作為集成電路的原始模板，其精度必須得以保障，因此，在生產過程中超出預期尺寸的缺陷必須得到識別和糾正。因此，電子束修復也成為了光掩模技術當中重要的一環(huán)。

蔡司是提供電子束修復機的設備公司之一，其MeRiT系統(tǒng)代表了基于電子束技術修復高端光掩模的先進工具。基于電子束技術，MeRiT系統(tǒng)能夠執(zhí)行極其精確的修復，以消除關鍵的光掩模缺陷。

據蔡司中國半導體光掩模解決方案銷售及商務服務總監(jiān)徐慕鄧介紹，光掩模的光學影像模擬測量系統(tǒng)也是蔡司另一項優(yōu)勢技術。據悉，自1993年推出以來，光學影像模擬測量技術已成為光掩模制造的主流驗證方式。蔡司的光學影像模擬測量系統(tǒng)可通過光學測量來進行模擬光刻機成像。他表示：“采用這種方式，可以在光罩廠中對光掩模進行曝光模擬及測量驗證，而無需進行晶圓曝光驗證，這節(jié)省了光掩模制造過程中的時間和成本。”

蔡司半導體光掩模解決方案（SMS）是致力于光掩模生產技術研究和應用的部門。據其官方網站介紹，該戰(zhàn)略業(yè)務部門憑借其在光學和電子光學領域的核心競爭力以及獨特的電子束技術，可以向其市場提供評估掩模缺陷，修復關鍵缺陷并驗證修復結果的產品以及專用的光掩模測量解決方案。目前，這些設備被全球領先的光掩模制造商和晶圓廠使用。徐慕鄧表示，光掩模解決方案同樣也是蔡司半導體事業(yè)部在中國市場的主要業(yè)務。為了加強對中國市場的支持，蔡司于2018年在中國正式建立了一支Mask solution團隊，致力于中國地區(qū)的銷售、應用以及售后服務。

光刻技術賽道上的中國設備廠商

除了備受矚目的光刻機外，光刻技術的實現還需要很多其他設備，而這個賽道也同樣是一塊大蛋糕。去年登錄科創(chuàng)板的芯源微便是致力于高端半導體設備的制造的企業(yè)，具體來看，芯源微的產品主要分為兩類，一類是光刻工序涂膠顯影設備（Track），另一類是單片式濕法設備。

其中，光刻工序涂膠顯影設備是公司標桿產品之一，作為光刻機的輸入（曝光前光刻膠涂覆）和輸出（曝光后圖形的顯影），涂膠/顯影機的性能不僅直接影響到細微曝光圖案的形成，其顯影工藝的圖形質量和缺陷控制對后續(xù)諸多工藝（諸如蝕刻、離子注入等）中圖形轉移的結果也有著深刻的影響。

在本次大會上，芯源微介紹了他們在前道集成電路制造工藝用高產能涂膠顯影設備的開發(fā)和應用進展。其中，其推出的KS-FT300系列，是第一臺國產的前道 Track，2018年，該設備已經提供給下游合作伙伴使用，2019年12月，芯源微還完成了i-line工藝驗證。據公司介紹，在驗證期間，芯源微得到了下游合作伙伴的大力支持，包括晶圓資源，檢測機臺，設備 交叉驗證，廠務設施，化學藥品，人力，專有技術，建議等。

專注于半導體高端設備領域，也為芯源微帶來了不錯的收益。從芯源微公布的最新財報顯示，前三季度凈利潤同比增長4761.26%。據芯源微前道事業(yè)部總經理謝永剛介紹，公司之所以能取得這種成績，一部分原因是受惠于公司在技術創(chuàng)新方面的積累，國產化的風潮加快了芯源微將其技術推向市場的進程。尤其是去年下半年，用于先進封裝、化合物對設備需求量的上漲，推動了公司實現了財務上的快速增長。

據謝永剛介紹，與國際設備廠商相比，本土廠商起步較晚，所以要經歷一個漫長的探索過程。在這個過程當中，切入市場的時機以及制定合理的發(fā)展規(guī)劃就成為了關鍵。他指出，本土廠商可以利用對本土客戶定制化、響應度以及性價比等方面上的優(yōu)勢來打開市場，先進的技術、產品的可靠性以及服務支持則是本土設備廠商贏得合作伙伴信賴的關鍵。

另一方面，在制定未來發(fā)展路線上，芯源微則將致力于為不同的客戶設計和生產更多更先進的涂膠顯影機。根據其招股書顯示，投建高端晶圓處理設備產業(yè)化項目以及高端晶圓處理設備研發(fā)中心項目，將會助推芯源微更上一層樓。

如何推進光刻技術的繼續(xù)發(fā)展

在半導體產業(yè)不斷向前推進的過程當中，光刻技術發(fā)揮了重要作用，如何推進光刻技術的發(fā)展也成為了業(yè)界所關注的一個話題。

中國光學學會秘書長、浙江大學教授，現代光學儀器國家重點實驗室主任劉旭認為，時至今日，半導體產業(yè)已經發(fā)展成為了一個高度全球化的產業(yè)，其中涉及了眾多關鍵技術。在貿易形勢的變動下，與此相關的重要技術也逐漸受到市場的重視。這其中，光刻技術只是半導體產業(yè)發(fā)展當中的重要一環(huán)，而不是唯一一環(huán)，解決光刻技術難點，并不代表解決了所有半導體產業(yè)鏈上的難題，產業(yè)要理性地看待光刻技術的作用。

在劉旭教授看來，人才是推動半導體產業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，就以集成電路芯片生產線光刻技術、生產與制備設備、在線精密檢測等來說，用于、都是一些特定的技術，而這部分人才還有很大缺口。在這種情況下，建立集成電路或微電子一級學科和南京集成電路大學的成立將會在一定程度上改善半導體人才缺口的現狀。但他也指出，一級學科與集成電路大學還存在著一定的差別，集成電路大學具有一定的針對性，可以快速補充市場對人才的所求，而一級學科則不能用產品去定義，采用這種人才培養(yǎng)的方式可以為未來十多年或幾十年技術與產業(yè)發(fā)展提供新動力與技術儲備。

而除了人才缺口外，如何將實驗中的光刻技術落實到實際生產當中，也是目前國內光刻技術發(fā)展的挑戰(zhàn)之一。

為了推動包含光刻技術在內的多個半導體技術的落地，去年9月，福建省政府批準設立、廈門市政府與廈門大學共同建立了嘉庚創(chuàng)新實驗室。根據相關報道顯示，嘉庚創(chuàng)新實驗室將圍繞國家戰(zhàn)略需求和地方產業(yè)發(fā)展，以攻克“卡脖子”技術、落地產業(yè)化成果為己任，重點開展高端人才聚集、技術研發(fā)、成果轉化、技術服務、科技企業(yè)孵化等活動。

嘉庚創(chuàng)新實驗室科技總監(jiān)Mark Neisser認為，從實驗室走向產業(yè)化的難點在于上下游產業(yè)鏈的合作包括材料和設備，以及得到客戶的反饋。打通了這些環(huán)節(jié)，能夠促進相關技術的產業(yè)化應用。
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