導(dǎo)語(yǔ)：
隨著需求越來(lái)越旺盛，工藝也越來(lái)越精細(xì)化，對(duì)光刻機(jī)的要求也越來(lái)越精密，國(guó)內(nèi)光刻機(jī)市場(chǎng)潛力巨大。華卓精科作為中國(guó)光刻機(jī)核心零部件頂尖供應(yīng)商，已經(jīng)攻克高端光刻機(jī)雙工件臺(tái)這一難題，突破了荷蘭ASML公司在這一領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，成為世界上第二家掌握這一核心技術(shù)的公司。目前正在開(kāi)發(fā)新一代浸沒(méi)式雙工件臺(tái)，預(yù)計(jì)可以延伸至10納米工藝節(jié)點(diǎn)，這也為國(guó)產(chǎn)高端光刻機(jī)的生產(chǎn)迎來(lái)了曙光。
中美貿(mào)易大戰(zhàn)把當(dāng)今最先進(jìn)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)推上了風(fēng)口浪尖上。半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)主要包括IC設(shè)計(jì)、IC制造、IC封測(cè)三大環(huán)節(jié)。在半導(dǎo)體芯片的產(chǎn)業(yè)鏈上，前端設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，國(guó)際上高手如云，如Intel， 高通，博通，AMD等，國(guó)內(nèi)有華為海思突破重重技術(shù)壁壘，已經(jīng)研制出7nm麒麟芯片，高端芯片設(shè)計(jì)能力沖到了世界前沿水平；后端封測(cè)環(huán)節(jié)，長(zhǎng)電科技、華天科技、通富微電、晶方科技通過(guò)收購(gòu)合并的方式不斷地壯大實(shí)力。整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體芯片的產(chǎn)業(yè)發(fā)展就卡在IC制造這一塊上了。
圖1：IC制造圖
來(lái)源：方象知產(chǎn)研究院
IC制造主要包括制造晶棒、生產(chǎn)晶圓、晶圓涂膜、顯影和蝕刻，摻雜等，半導(dǎo)體線路的線寬，還有芯片的性能和功耗都與光刻工藝息息相關(guān)，光刻的耗時(shí)占到整個(gè)IC生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一半左右，占芯片生產(chǎn)成本的1／3， 光刻在芯片制造中非常重要。光刻整個(gè)過(guò)程在光刻機(jī)上完成，光刻機(jī)就好比放大的單反，將已設(shè)計(jì)好的集成電路圖形通過(guò)光線的曝光印在光感材料上形成圖形。將數(shù)十億晶體管集成在2－3cm2的方寸之地，光刻機(jī)需達(dá)到幾十納米甚至更高的圖像分辨率，堪稱世界上最精密的儀器。光刻機(jī)影響到最終產(chǎn)品質(zhì)量的核心技術(shù)指標(biāo)就是分辨率、套刻精度和產(chǎn)率。
光刻的耗時(shí)占到整個(gè)IC生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一半左右，占芯片生產(chǎn)成本的1／3。光刻整個(gè)過(guò)程在光刻機(jī)上完成，光刻機(jī)就好比放大的單反，將已設(shè)計(jì)好的集成電路圖形通過(guò)光線的曝光印在光感材料上形成圖形。將數(shù)十億晶體管集成在2－3cm2的方寸之地，光刻機(jī)需達(dá)到幾十納米甚至更高的圖像分辨率，堪稱世界上最精密的儀器。光刻機(jī)影響到最終產(chǎn)品質(zhì)量的核心技術(shù)指標(biāo)就是分辨率、套刻精度和產(chǎn)率。
現(xiàn)階段我國(guó)的光刻機(jī)面臨著兩大問(wèn)題：
嚴(yán)重供不應(yīng)求
嚴(yán)重供不應(yīng)求。目前全球能生產(chǎn)光刻機(jī)的廠家為數(shù)不多，主要有荷蘭的ASML、日本的NIKON和CANON以及中國(guó)的上海微電子裝備公司SMEE。2017年全球晶圓需求達(dá)1160萬(wàn)片，國(guó)內(nèi)達(dá)到110萬(wàn)片，2020年國(guó)內(nèi)對(duì)12寸大硅片需求從42萬(wàn)片增加到105萬(wàn)片，2020年對(duì)8寸硅片需求從70萬(wàn)片增加到96．5萬(wàn)片，我國(guó)去年一年從西方進(jìn)口芯片就超過(guò)1萬(wàn)五千億人民幣，且這個(gè)趨勢(shì)還在不斷地上升。而對(duì)如此大的芯片市場(chǎng)，我國(guó)光刻機(jī)的設(shè)備還是以中低端為主，尤其是EUV設(shè)備的生產(chǎn)，處于空白狀態(tài)。ASML公司今年預(yù)計(jì)出產(chǎn)18臺(tái)EUV設(shè)備，明年將增長(zhǎng)到30臺(tái)，數(shù)量極少，加之中國(guó)尖端芯片制造設(shè)備的進(jìn)口受到限制，根本無(wú)法滿足中國(guó)的光刻機(jī)市場(chǎng)需求。而芯片的設(shè)計(jì)已經(jīng)把芯片的制造甩了好幾條街，光刻機(jī)的研發(fā)跟芯片設(shè)計(jì)的節(jié)奏相差甚遠(yuǎn)。
跟國(guó)際先進(jìn)水平相差巨大。目前能夠生產(chǎn)最先進(jìn)的沉浸式光刻機(jī)有ASML、尼康和佳能，佳能和尼康基本放棄EUV光刻機(jī)的研發(fā)，能夠提供EUV光刻機(jī)的目前只有ASML，也就說(shuō)未來(lái)7nm以下的工藝，ASML一家獨(dú)霸天下了。ASML是光刻機(jī)領(lǐng)域當(dāng)之無(wú)愧的龍頭老大，壟斷高端光刻機(jī)市場(chǎng)，占據(jù)高達(dá)80％的市場(chǎng)份額，是全球幾大芯片廠家的供應(yīng)商。國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)光刻機(jī)的有上海微電子裝備有限公司，中子科技集團(tuán)公司第四十五研究所國(guó)電，合肥芯碩半導(dǎo)體有限公司，先騰光電科技有限公司和無(wú)錫影速半導(dǎo)體技術(shù)有限公司，目前代表國(guó)產(chǎn)化的光刻機(jī)最先進(jìn)的水平就是上海微電子裝備有限公司，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)90納米的量產(chǎn)，還需要跨越65nm， 45nm， 32nm， 22nm， 14nm，10nm幾大技術(shù)臺(tái)階，路還很漫長(zhǎng)。
國(guó)家政策和資金扶持
一臺(tái)EUV光刻機(jī)售價(jià)超過(guò)1億歐元，同樣，光刻機(jī)的研制成本也是非常巨大，光靠企業(yè)難以支撐。目前國(guó)家16個(gè)重大專項(xiàng)中的02專項(xiàng)（極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝專項(xiàng)）就提出2020年將生產(chǎn)22納米工藝的光刻機(jī)。國(guó)家的政策和資金的支持，也給我國(guó)光刻技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展夯實(shí)了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
華卓精科背負(fù)著將清華大學(xué)在02專項(xiàng)的高端壟斷技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化的使命，專做IC制造、光學(xué)、超精密制造等行業(yè)的整機(jī)裝備、核心子系統(tǒng)、關(guān)鍵零部件等，其中光刻機(jī)雙工件臺(tái)是華卓精科最核心主打的產(chǎn)品。
雙工件臺(tái)，指的是一片硅晶圓在一個(gè)工作臺(tái)進(jìn)行光刻曝光的同時(shí)，另一片晶圓在第二個(gè)工作臺(tái)進(jìn)行測(cè)量對(duì)位，這樣大幅提高工作效率與對(duì)位精度。
光刻機(jī)的兩大核心子系統(tǒng)雙工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)誤差必須保持在2納米以內(nèi)，相當(dāng)于人頭發(fā)絲直徑的四萬(wàn)分之一。光刻機(jī)雙工作臺(tái)與浸沒(méi)式設(shè)備是整個(gè)行業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也是近年來(lái)各梯隊(duì)的差距所在。比如之前的主要光刻設(shè)備廠商尼康和佳能，就在浸沒(méi)式光刻產(chǎn)品上落后于阿斯麥，直接甩到了第二梯隊(duì)。
從華卓精科的專利檢索可看出，華卓精科的專利申請(qǐng)量約1／3都與光刻工藝相關(guān)，如下圖。
圖2：華卓精科專利申請(qǐng)圖
來(lái)源：方象知產(chǎn)研究院
從上圖可知， G03F領(lǐng)域的專利申請(qǐng)占比最大，其專利申請(qǐng)主要涉及超精密加工和檢測(cè)設(shè)備，具體來(lái)說(shuō)就是半導(dǎo)體光刻設(shè)備。華卓精科實(shí)現(xiàn)了6自由度微動(dòng)工作臺(tái)，這一技術(shù)標(biāo)志著國(guó)家高技術(shù)發(fā)展的水平，歐美和日本等擁有先進(jìn)光刻技術(shù)的國(guó)家均把超精密微動(dòng)工作臺(tái)的技術(shù)列為核心技術(shù)，嚴(yán)格限制對(duì)中國(guó)的出口。華卓精科研發(fā)成功的6自由度微動(dòng)工作臺(tái)，可用于補(bǔ)償光刻機(jī)硅片臺(tái)的定位誤差和調(diào)平調(diào)焦的功能。
其次是G01B，該部分專利申請(qǐng)主要涉及到半導(dǎo)體光刻設(shè)備工作臺(tái)位移測(cè)量等，華卓精科的特色在于其提供的平面光柵干涉儀位移測(cè)量系統(tǒng)，不僅具有測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和便于小型化集成等優(yōu)點(diǎn)，還可實(shí)現(xiàn)亞納米甚至更高分辨率及精度，能夠同時(shí)測(cè)量二個(gè)線性位移，進(jìn)而將工件臺(tái)的綜合性能極致化。
通過(guò)技術(shù)挖掘不難發(fā)現(xiàn)，華卓精科的雙工件臺(tái)具備高精度和快速響應(yīng)的特性，其技術(shù)在世界上都處于領(lǐng)先地位。
重點(diǎn)專利介紹
專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N200710118130．5
專利名稱：一種6自由度微動(dòng)工作臺(tái)
被引證次數(shù)：28
主要發(fā)明內(nèi)容：本發(fā)明的微動(dòng)工作臺(tái)采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)6自由度運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、驅(qū)動(dòng)質(zhì)心低等優(yōu)點(diǎn)，采用電磁力直接驅(qū)動(dòng)，不存在機(jī)械摩擦，無(wú)阻尼，具有較高的位移分辨率，其輸出推力與輸入電流之間成線性關(guān)系，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)成熟。
專利CN207992683U， “一種具有二級(jí)防撞保護(hù)結(jié)構(gòu)的硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)”，這個(gè)就是有關(guān)華卓精科的雙工件臺(tái)的一件實(shí)用新型專利，涉及到一種6自由度微動(dòng)臺(tái)的防撞結(jié)構(gòu)，最大限度地減小硅片臺(tái)的尺寸和重量，并使其受力均勻，并且大提高了對(duì)硅片臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安全防護(hù)能力。與此相對(duì)應(yīng)的，還有專利Six－degree－of－freedom displacementmeasurement method for exposure region on silicon wafer stage（在硅片臺(tái)上曝光區(qū)域中的6自由度位移測(cè)量方法），此件專利在美國(guó)申請(qǐng)。繼二自由度，三自由度，五自由度之后，華卓精科通過(guò)不斷地創(chuàng)新研究，在雙工件臺(tái)上的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了6自由度位移測(cè)量，這對(duì)硅片臺(tái)調(diào)平調(diào)焦很關(guān)鍵，硅片的光刻精度提高的同時(shí)也大大降低測(cè)量的復(fù)雜性。