國產「28nm光刻機」重大進展！交付0號樣機、1號機
備受關注的國產「28nm光刻機」又有新進展！其關鍵零部件——光刻機浸液系統已經成功交付，並進入產品製造階段！
杭州市臨安區人民政府於6月14日發佈的一份題為《杭州市臨安區經濟和信息化局關於區政協十屆一次會議第203號提案的復函》的文件當中提到：「啟爾機電（浙江啟爾機電技術有限公司）承擔的光刻機浸液系統項目、光刻機受制約關鍵零部件國產化產品研發項目等兩個02專項，其中，光刻機浸液系統項目已成功交付0號樣機、1號機，進入產品製造階段。華卓精科承擔的02專項光刻機工件台項目加快建設。」
另據浙江省稅務局網站6月14日發佈的信息也顯示，近期啟爾機電高端集成電路裝備迭代至第8代，高精度液體溫控誤差不超過正負0.001度，零部件中試基地也正式啟用，組件試驗進展順利。
隨着啟爾機電承擔的「光刻機浸液系統項目」成功交付0號樣機、1號機，並進入產品製造階段，也意味着國產193nm ArF浸沒式光刻機又一個受制約的關鍵零部件被攻克。
為什麼需要浸液系統？
自2019年中美貿易戰爆發以來，美國持續打壓中國科技的發展，其中半導體產業更是美國打壓的重點。在此背景之下，中國也在加緊打造國產半導體產業鏈。而對於半導體製造來說，光刻機可謂是核心的環節。
雖然國產光刻機廠商上海 微電子裝備（SMEE）早已推出的SSA600系列光刻機可滿足 IC 前道製造 90nm、110nm、280nm 關鍵層和非關鍵層的光刻工藝需求，該設備可用於 8吋線或 12 吋線的大規模工業生產。
但是，與ASML這樣的全球光刻機巨頭相比，該SSX600系列光刻也僅僅是ASML十多年前的水平。
而為了加快國產光刻機的發展，在國家02專項光刻機二期項目規劃中，希望在2021年底實現國產193nmArF浸沒式DUV光刻機的突破，對標產品為ASML 2018年推出的DUV光刻機：TWINSCAN NXT:2000i。
由於該國產193nmArF浸沒式DUV光刻機可以被用於製作28nm芯片（經過多次曝光可以支持7nm製程的芯片製造），因此，之前國內網絡上眾多網友也將其稱之為「國產28nm光刻機」。
由於光刻機涉及到非常多的零部件，其中上微主要是負責系統集成工作，更多的核心零部件則都是由其他的國產供應商來供應。只要其中一個核心部件沒有搞定，那麼「國產28nm光刻機」就難以成功。
雖然SMEE目前的SSA600系列光刻機能夠用於IC前道90nm關鍵層的製造，似乎看上去與28nm差距並不是太大，都是用的193nm ArF光源，但是實際上，要對標TWINSCAN NXT:2000i，不僅三大子系統（曝光光源系統、物鏡系統、工件台）要進行大幅度的升級，更為關鍵的是還需要增加浸潤單元。
在2000年之前，光刻設備中一直採用的是乾式光刻技術，雖然鏡頭和光源等一直在改進，但始終難以將光刻光源的193nm（DUV，深紫外光）波長縮短到157nm，從而進一步提升光刻機的分辨率。直到2002年，時任台積電研發副總的林本堅博士提出了一個簡單解決辦法：放棄突破157nm，退回到技術成熟的193nm，把透鏡和硅片之間的介質從空氣換成超純水，由於水對193nm光的折射率高達1.44（空氣為1），那麼波長可縮短為193/1.44=134nm，從而可以大幅提升光刻分辨率。
從以下公式可以看到，光刻分辨率（R）主要由三個因數決定，分別是光的波長（λ）、光可穿過透鏡的最大角度（鏡頭孔徑角半角θ）的正弦值（sinθ）、折射率（n）以及係數k1有關。
在光源波長及k1不變的情況下，要想提升分辨率，則需要提升n或者sinθ值。由於sinθ與鏡頭有關，提升需要很大的成本，目前sinθ已經提升到0.93，已很難再提升，而且其不可能大於1。所以提升n就顯得更為現實。
因此，在193nm浸沒式光刻機中，需要增加浸潤單元，即利用超純水替換透鏡和晶圓表面之間的空氣間隙，使得193nm光源進入後波長縮短為134nm，從而提升分辨率。
除了光刻分辨率之外，焦距深度（ Depth of Focus，DOF）也至關重要，大的焦深可以增大刻蝕的清晰範圍，提高光刻的質量。而焦距深度也可以通過提高系統的折射率（n）來改進。
通過下面公式推導可以看到，浸沒式光刻的焦距深度約為傳統乾式光刻的1.44倍。
十多年前，光機巨頭ASML也正是憑藉率先推出193nm的浸沒式光刻系統，徹底打敗了當時的乾式光刻機巨頭尼康。
所以，對於國產193nm ArF浸沒式光刻機來說，浸液系統自然也是需要攻克的關鍵的部分，而該系統的國產化主要由浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室和浙江啟爾機電負責。
在2018年底，浙江啟爾機電在杭州青山湖投資5億元建設的「光刻機浸液系統產品研製與中試基地」正式封頂，該項目主要研究光刻機浸液系統。
隨着啟爾機電承擔的「光刻機浸液系統項目」成功交付0號樣機、1號機，並進入產品製造階段，也意味着國產193nm ArF浸沒式光刻機又一個受制約的關鍵零部件被攻克。
其他核心部件進展
對於193nm浸沒式光刻機來說，由於增加了浸潤單元，同時要保持光源經過浸潤單元到晶圓的能量不變，所以需要加大光源的功率，需要使用60W 6kHz ArF光源；另外，光學系統數值孔徑需要變大，由原來90nm光刻機的NA 0.75提升到NA 1.35，這其中需要加入具有特別構造的鏡片；運動平台速度也要更快。
至於其他關鍵部件的國產化進展，根據此前芯智訊整理的消息顯示：
在曝光光源系統方面，2018年3月3日，由國科精密承擔的國家科技重大專項「高NA浸沒光學系統關鍵技術研究」項目在上海通過了任務正式驗收，會議要求全力做好28nm節點ArFi光刻機曝光光學系統研製。
在物鏡系統研發方面，主要由中科院長春光機所（現北京國望光學）負責。投影物鏡是精密光學部件，直接決定着曝光的成像質量，必須保證投影物鏡在工作狀態中的高度穩定。此前NA 0.75光刻機曝光光學系統已經通過02專項驗收，可滿足90nm級ArF乾式光刻機的需要。但浸沒液體相比於傳統氣體介質具有較高粘度，粘性力的增強，使得壓力驅動下浸沒液體對投影物鏡的作用力將變得越來越不可忽視。作用在物鏡表面的應力如果過大將使物鏡產生變形和位移，並引起雙折射與光路失真，如缺乏有效控制，將造成曝光成像的缺陷。目前國內在NA1.35浸潤式物鏡系統的研發上進展如何尚不清楚。
工件台方面，2019年底，華卓精科的浸沒式光刻機雙工件機台已經剛通過了02專項的CDR里程碑評審，研發和試產基地也完成了建設。
光源系統方面，主要由中科院光電研究院負責準分子激光光源系統研發，由北京科益虹源負責產業轉化。有消息顯示，此前國產40W 4kHz ArF光源已經交付，不過國產193nm ArF浸沒式光刻機所需的60W 6kHz ArF光源似乎仍在研發攻關當中。
