备受关注的国产“28nm光刻机”又有新进展!其关键零部件——光刻机浸液系统已经成功交付，并进入产品制造阶段!
杭州市临安区人民政府于6月14日发布的一份题为《杭州市临安区经济和信息化局关于区政协十届一次会议第203号提案的复函》的文件当中提到：“启尔机电(浙江启尔机电技术有限公司)承担的光刻机浸液系统项目、光刻机受制约关键零部件国产化产品研发项目等两个02专项，其中，光刻机浸液系统项目已成功交付0号样机、1号机，进入产品制造阶段。华卓精科承担的02专项光刻机工件台项目加快建设。”
另据浙江省税务局网站6月14日发布的信息也显示，近期启尔机电高端集成电路装备迭代至第8代，高精度液体温控误差不超过正负0.001度，零部件中试基地也正式启用，组件试验进展顺利。
随着启尔机电承担的“光刻机浸液系统项目”成功交付0号样机、1号机，并进入产品制造阶段，也意味着国产193nm ArF浸没式光刻机又一个受制约的关键零部件被攻克。
为什么需要浸液系统?
自2019年中美贸易战爆发以来，美国持续打压中国科技的发展，其中半导体产业更是美国打压的重点。在此背景之下，中国也在加紧打造国产半导体产业链。而对于半导体制造来说，光刻机可谓是核心的环节。
虽然国产光刻机厂商上海 微电子装备(SMEE)早已推出的SSA600系列光刻机可满足 IC 前道制造 90nm、110nm、280nm 关键层和非关键层的光刻工艺需求，该设备可用于 8吋线或 12 吋线的大规模工业生产。
但是，与ASML这样的全球光刻机巨头相比，该SSX600系列光刻也仅仅是ASML十多年前的水平。
而为了加快国产光刻机的发展，在国家02专项光刻机二期项目规划中，希望在2021年底实现国产193nmArF浸没式DUV光刻机的突破，对标产品为ASML 2018年推出的DUV光刻机：TWINSCAN NXT:2000i。
由于该国产193nmArF浸没式DUV光刻机可以被用于制作28nm芯片(经过多次曝光可以支持7nm制程的芯片制造)，因此，之前国内网络上众多网友也将其称之为“国产28nm光刻机”。
由于光刻机涉及到非常多的零部件，其中上微主要是负责系统集成工作，更多的核心零部件则都是由其他的国产供应商来供应。只要其中一个核心部件没有搞定，那么“国产28nm光刻机”就难以成功。
虽然SMEE目前的SSA600系列光刻机能够用于IC前道90nm关键层的制造，似乎看上去与28nm差距并不是太大，都是用的193nm ArF光源，但是实际上，要对标TWINSCAN NXT:2000i，不仅三大子系统(曝光光源系统、物镜系统、工件台)要进行大幅度的升级，更为关键的是还需要增加浸润单元。
在2000年之前，光刻设备中一直采用的是干式光刻技术，虽然镜头和光源等一直在改进，但始终难以将光刻光源的193nm(DUV，深紫外光)波长缩短到157nm，从而进一步提升光刻机的分辨率。直到2002年，时任台积电研发副总的林本坚博士提出了一个简单解决办法：放弃突破157nm，退回到技术成熟的193nm，把透镜和硅片之间的介质从空气换成超纯水，由于水对193nm光的折射率高达1.44(空气为1)，那么波长可缩短为193/1.44=134nm，从而可以大幅提升光刻分辨率。
从以下公式可以看到，光刻分辨率(R)主要由三个因数决定，分别是光的波长(λ)、光可穿过透鏡的最大角度(镜头孔径角半角θ)的正弦值(sinθ)、折射率(n)以及系数k1有关。
在光源波长及k1不变的情况下，要想提升分辨率，则需要提升n或者sinθ值。由于sinθ与镜头有关，提升需要很大的成本，目前sinθ已经提升到0.93，已很难再提升，而且其不可能大于1。所以提升n就显得更为现实。
因此，在193nm浸没式光刻机中，需要增加浸润单元，即利用超纯水替换透镜和晶圆表面之间的空气间隙，使得193nm光源进入后波长缩短为134nm，从而提升分辨率。
除了光刻分辨率之外，焦距深度( Depth of Focus，DOF)也至关重要，大的焦深可以增大刻蚀的清晰范围，提高光刻的质量。而焦距深度也可以通过提高系统的折射率(n)来改进。
通过下面公式推导可以看到，浸没式光刻的焦距深度约为传统干式光刻的1.44倍。
十多年前，光机巨头ASML也正是凭借率先推出193nm的浸没式光刻系统，彻底打败了当时的干式光刻机巨头尼康。
所以，对于国产193nm ArF浸没式光刻机来说，浸液系统自然也是需要攻克的关键的部分，而该系统的国产化主要由浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室和浙江启尔机电负责。
在2018年底，浙江启尔机电在杭州青山湖投资5亿元建设的“光刻机浸液系统产品研制与中试基地”正式封顶，该项目主要研究光刻机浸液系统。
随着启尔机电承担的“光刻机浸液系统项目”成功交付0号样机、1号机，并进入产品制造阶段，也意味着国产193nm ArF浸没式光刻机又一个受制约的关键零部件被攻克。
其他核心部件进展
对于193nm浸没式光刻机来说，由于增加了浸润单元，同时要保持光源经过浸润单元到晶圆的能量不变，所以需要加大光源的功率，需要使用60W 6kHz ArF光源;另外，光学系统数值孔径需要变大，由原来90nm光刻机的NA 0.75提升到NA 1.35，这其中需要加入具有特别构造的镜片;运动平台速度也要更快。
至于其他关键部件的国产化进展，根据此前芯智讯整理的消息显示：
在曝光光源系统方面，2018年3月3日，由国科精密承担的国家科技重大专项“高NA浸没光学系统关键技术研究”项目在上海通过了任务正式验收，会议要求全力做好28nm节点ArFi光刻机曝光光学系统研制。
在物镜系统研发方面，主要由中科院长春光机所(现北京国望光学)负责。投影物镜是精密光学部件，直接决定着曝光的成像质量，必须保证投影物镜在工作状态中的高度稳定。此前NA 0.75光刻机曝光光学系统已经通过02专项验收，可满足90nm级ArF干式光刻机的需要。但浸没液体相比于传统气体介质具有较高粘度，粘性力的增强，使得压力驱动下浸没液体对投影物镜的作用力将变得越来越不可忽视。作用在物镜表面的应力如果过大将使物镜产生变形和位移，并引起双折射与光路失真，如缺乏有效控制，将造成曝光成像的缺陷。目前国内在NA1.35浸润式物镜系统的研发上进展如何尚不清楚。
工件台方面，2019年底，华卓精科的浸没式光刻机双工件机台已经刚通过了02专项的CDR里程碑评审，研发和试产基地也完成了建设。
光源系统方面，主要由中科院光电研究院负责准分子激光光源系统研发，由北京科益虹源负责产业转化。有消息显示，此前国产40W 4kHz ArF光源已经交付，不过国产193nm ArF浸没式光刻机所需的60W 6kHz ArF光源似乎仍在研发攻关当中。
