治“芯”病還需極紫外光刻機(jī)助力--萬通專利事務(wù)所
圖為極紫外光刻機(jī)中國專利文獻(xiàn)數(shù)量地域分布
秦一帆
芯片制造中，最重要的設(shè)備就是光刻機(jī)，全球最大的光刻機(jī)供應(yīng)廠商荷蘭阿斯麥公司（ Advanced Semiconductor Material Lithography，下稱阿斯麥公司）所交付的新一代極紫外光刻機(jī)引起了廣泛關(guān)注。
在極紫外光刻浪潮來臨之際，筆者檢索了極紫外光刻機(jī)在中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）中截至1月30日公開的全部專利文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，已公開的極紫外光刻機(jī)專利文獻(xiàn)有1218件：從專利文獻(xiàn)數(shù)量上看，總量不算多；從專利申請類型上看，發(fā)明專利占比較大。結(jié)合數(shù)據(jù)不難得出，極紫外光刻機(jī)領(lǐng)域的專業(yè)性很強(qiáng)，研發(fā)的技術(shù)門檻和資金門檻非常高，并且在相關(guān)技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)或突破的難度也很大，相關(guān)專利的技術(shù)含量高、價值高，從專利保護(hù)上看，專利申請人或?qū)＠麢?quán)人期望獲得更長的專利保護(hù)周期。
極紫外光刻技術(shù)很早就被提出并寄予厚望，但在發(fā)展過程，隨著浸沒光刻、雙重圖形等技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，以及自身技術(shù)難題難以克服，其商用化日期被不斷推遲，直至最近才讓業(yè)界重拾信心。從各年提交的專利文獻(xiàn)數(shù)量的變化趨勢上看，其初期發(fā)展不如預(yù)期，由于同時期浸沒式光刻機(jī)的蓬勃發(fā)展，2005年至2007年，專利文獻(xiàn)數(shù)量出現(xiàn)顯著下滑，2008年重新開始恢復(fù)，但仍有震蕩，在2012年實現(xiàn)了較大的提高，此后，各年專利文獻(xiàn)數(shù)量相對平緩。
國外專利布局實力更強(qiáng)
從專利文獻(xiàn)的地域分布來看，來自中國申請人提交的專利文獻(xiàn)占比為19.21%，其中，來自中國臺灣地區(qū)申請人提交的專利文獻(xiàn)占比為5.42%；而來自國外申請人提交的專利文獻(xiàn)占比達(dá)79.72%。可見，在極紫外光刻機(jī)這一領(lǐng)域，國外申請人的研發(fā)實力更強(qiáng)，專利布局更多，其中，來自歐洲申請人的專利文獻(xiàn)數(shù)量最多，其后依次為日本、美國和韓國。
在我國，極紫外光刻機(jī)領(lǐng)域最重要、專利文獻(xiàn)數(shù)量最多的申請人是阿斯麥公司，筆者檢索到該公司相關(guān)專利文獻(xiàn)有304件，其中，2002年至2004年增長較快，此后數(shù)量有所振蕩，近年來未見明顯增長。同時，筆者也在德文特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（DWPI）中檢索了其收錄的阿斯麥公司的專利文獻(xiàn)并進(jìn)行比較后可知，阿斯麥公司注重在中國的專利布局，一直以來保持較高的在華專利申請比例。近幾年，阿斯麥公司在華申請均是通過《專利合作條約》(PCT)途徑進(jìn)入中國，由此也可見，阿斯麥公司在極紫外光刻機(jī)上的專利布局著眼于全球化。
除此以外，在我國的其他申請人中，專利文獻(xiàn)數(shù)量最大的是德國卡爾·蔡司股份公司，其由阿斯麥公司投資持股，合作研發(fā)了下一代極紫外光刻機(jī)。
另外，尼康公司也是傳統(tǒng)光刻機(jī)巨頭，不過，這些年來在光刻機(jī)市場上的占額明顯落后，其將研發(fā)重點(diǎn)放在納米壓印上。
與此同時，作為使用光刻機(jī)的芯片制造廠商，臺灣積體電路制造股份有限公司（下稱臺積電）專利文獻(xiàn)數(shù)量高于三星電子、海力士、英特爾。相較于其他廠商，臺積電在技術(shù)研發(fā)投入上的態(tài)度更為積極；英特爾公司在10納米節(jié)點(diǎn)技術(shù)選擇上未將籌碼壓在極紫外光刻機(jī)上，因而相關(guān)專利文獻(xiàn)較少。
國內(nèi)極紫外光刻機(jī)研究工作的主力軍主要是科研院所和高校，其中，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（下稱長春光學(xué)研究所）于2017年6月宣布在國內(nèi)首次獲得極紫外投影光刻32納米線寬曝光圖形，總體科研能力最強(qiáng)。作為國內(nèi)最大的光刻機(jī)研制生產(chǎn)單位，上海微電子裝備有限公司在極紫外光刻上也提交了一些專利申請，但數(shù)量在該公司的專利申請總量中占比很低。
專利技術(shù)偏重各有不同
極紫外光刻機(jī)目前的關(guān)鍵技術(shù)在于：如何提供更高功率、穩(wěn)定的光源，以及如何提供更高性能的掩模保護(hù)膜組件，而這也明顯地體現(xiàn)在檢索到的專利文獻(xiàn)所涉及的技術(shù)熱點(diǎn)上。筆者對阿斯麥公司 2014年以后在中國提交的專利申請進(jìn)行了梳理，其中超半數(shù)涉及極紫外輻射源，具體來說，阿斯麥公司選擇采用激光等離子體法生成極紫外輻射（LPP-EUV技術(shù)），主要技術(shù)熱點(diǎn)為激光器、微金屬靶發(fā)生器、輻射收集裝置、以及碎片消除及污染控制，此外，另有部分專利申請涉及掩模保護(hù)膜組件，主要技術(shù)熱點(diǎn)為組件的框結(jié)構(gòu)和保護(hù)膜疊層材料。
蔡司公司的專利申請明顯偏重于傳統(tǒng)光學(xué)領(lǐng)域，涵蓋了極紫外光刻機(jī)照明系統(tǒng)和投影成像系統(tǒng)的設(shè)計和測量，光學(xué)元器件的設(shè)計、安裝、定位和測量等，此外，蔡司公司還致力于光學(xué)組件的反射多層膜技術(shù)和掩模缺陷的檢測和補(bǔ)償。
尼康公司在中國提交的專利申請立足于對傳統(tǒng)光刻機(jī)和曝光方法進(jìn)行改進(jìn)，僅指出相關(guān)改進(jìn)適用于極紫外光刻機(jī)。
各芯片制造廠商更關(guān)注于極紫外光刻工藝和流程上的改進(jìn)，而臺積電近年來也在極紫外輻射源的收集裝置和污染控制、掩模保護(hù)膜組件框上展開了研究。
在我國申請人中，長春光學(xué)研究所的專利申請在極紫外光刻機(jī)的各方面均有涉及，其中，在光學(xué)組件的反射多層膜技術(shù)上有較多涉及，特別是提高光譜純度和對中間交替層進(jìn)行改進(jìn)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)的專利技術(shù)著重于利用放電等離子體法產(chǎn)生極紫外輻射（DPP-EUV技術(shù)）或基于DPP-EUV的激光輔助放電技術(shù)；華中科技大學(xué)著重于LPP-EUV技術(shù)；北京理工大學(xué)的專利文獻(xiàn)主要涉及光刻機(jī)照明系統(tǒng)和投影成像系統(tǒng)；中國科學(xué)院光電研究院的專利文獻(xiàn)多涉及超潔凈環(huán)境的保持和光學(xué)器件的安裝定位；上海光學(xué)精密機(jī)械研究所則關(guān)注掩模缺陷補(bǔ)償技術(shù)。
總結(jié)國內(nèi)外主要申請人的專利文獻(xiàn)數(shù)量、發(fā)展趨勢和技術(shù)熱點(diǎn)可知，在極紫外光刻機(jī)領(lǐng)域，我國的整體技術(shù)實力和專利布局明顯落后，雖然近年來加快了在各方面的研究步伐和專利布局，但在諸如掩模保護(hù)膜組件等關(guān)鍵點(diǎn)上仍很薄弱。我國各高校和企業(yè)注重對極紫外輻射源展開全面研究，在這一關(guān)鍵技術(shù)上獲得自主知識產(chǎn)權(quán)為我國實現(xiàn)極紫外光刻機(jī)的自主研發(fā)制造奠定了基礎(chǔ)，但應(yīng)當(dāng)注意到許多技術(shù)成果僅限于科研階段，和產(chǎn)業(yè)的結(jié)合不夠緊密。
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