治“芯”病還需極紫外光刻機助力--萬通專利事務所
圖為極紫外光刻機中國專利文獻數量地域分布
秦一帆
芯片制造中，最重要的設備就是光刻機，全球最大的光刻機供應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引起了廣泛關注。
在極紫外光刻浪潮來臨之際，筆者檢索了極紫外光刻機在中國專利文摘數據庫（CNABS）中截至1月30日公開的全部專利文獻發現，已公開的極紫外光刻機專利文獻有1218件：從專利文獻數量上看，總量不算多；從專利申請類型上看，發明專利占比較大。結合數據不難得出，極紫外光刻機領域的專業性很強，研發的技術門檻和資金門檻非常高，并且在相關技術上進行改進或突破的難度也很大，相關專利的技術含量高、價值高，從專利保護上看，專利申請人或專利權人期望獲得更長的專利保護周期。
極紫外光刻技術很早就被提出并寄予厚望，但在發展過程，隨著浸沒光刻、雙重圖形等技術的不斷涌現，以及自身技術難題難以克服，其商用化日期被不斷推遲，直至最近才讓業界重拾信心。從各年提交的專利文獻數量的變化趨勢上看，其初期發展不如預期，由于同時期浸沒式光刻機的蓬勃發展，2005年至2007年，專利文獻數量出現顯著下滑，2008年重新開始恢復，但仍有震蕩，在2012年實現了較大的提高，此后，各年專利文獻數量相對平緩。
國外專利布局實力更強
從專利文獻的地域分布來看，來自中國申請人提交的專利文獻占比為19.21%，其中，來自中國臺灣地區申請人提交的專利文獻占比為5.42%；而來自國外申請人提交的專利文獻占比達79.72%。可見，在極紫外光刻機這一領域，國外申請人的研發實力更強，專利布局更多，其中，來自歐洲申請人的專利文獻數量最多，其后依次為日本、美國和韓國。
在我國，極紫外光刻機領域最重要、專利文獻數量最多的申請人是阿斯麥公司，筆者檢索到該公司相關專利文獻有304件，其中，2002年至2004年增長較快，此后數量有所振蕩，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據庫（DWPI）中檢索了其收錄的阿斯麥公司的專利文獻并進行比較后可知，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)途徑進入中國，由此也可見，阿斯麥公司在極紫外光刻機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，專利文獻數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，合作研發了下一代極紫外光刻機。
另外，尼康公司也是傳統光刻機巨頭，不過，這些年來在光刻機市場上的占額明顯落后，其將研發重點放在納米壓印上。
與此同時，作為使用光刻機的芯片制造廠商，臺灣積體電路制造股份有限公司（下稱臺積電）專利文獻數量高于三星電子、海力士、英特爾。相較于其他廠商，臺積電在技術研發投入上的態度更為積極；英特爾公司在10納米節點技術選擇上未將籌碼壓在極紫外光刻機上，因而相關專利文獻較少。
國內極紫外光刻機研究工作的主力軍主要是科研院所和高校，其中，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所（下稱長春光學研究所）于2017年6月宣布在國內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。作為國內最大的光刻機研制生產單位，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，但數量在該公司的專利申請總量中占比很低。
專利技術偏重各有不同
極紫外光刻機目前的關鍵技術在于：如何提供更高功率、穩定的光源，以及如何提供更高性能的掩模保護膜組件，而這也明顯地體現在檢索到的專利文獻所涉及的技術熱點上。筆者對阿斯麥公司 2014年以后在中國提交的專利申請進行了梳理，其中超半數涉及極紫外輻射源，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），主要技術熱點為激光器、微金屬靶發生器、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膜組件，主要技術熱點為組件的框結構和保護膜疊層材料。
蔡司公司的專利申請明顯偏重于傳統光學領域，涵蓋了極紫外光刻機照明系統和投影成像系統的設計和測量，光學元器件的設計、安裝、定位和測量等，此外，蔡司公司還致力于光學組件的反射多層膜技術和掩模缺陷的檢測和補償。
尼康公司在中國提交的專利申請立足于對傳統光刻機和曝光方法進行改進，僅指出相關改進適用于極紫外光刻機。
各芯片制造廠商更關注于極紫外光刻工藝和流程上的改進，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、掩模保護膜組件框上展開了研究。
在我國申請人中，長春光學研究所的專利申請在極紫外光刻機的各方面均有涉及，其中，在光學組件的反射多層膜技術上有較多涉及，特別是提高光譜純度和對中間交替層進行改進；哈爾濱工業大學的專利技術著重于利用放電等離子體法產生極紫外輻射（DPP-EUV技術）或基于DPP-EUV的激光輔助放電技術；華中科技大學著重于LPP-EUV技術；北京理工大學的專利文獻主要涉及光刻機照明系統和投影成像系統；中國科學院光電研究院的專利文獻多涉及超潔凈環境的保持和光學器件的安裝定位；上海光學精密機械研究所則關注掩模缺陷補償技術。
總結國內外主要申請人的專利文獻數量、發展趨勢和技術熱點可知，在極紫外光刻機領域，我國的整體技術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，但在諸如掩模保護膜組件等關鍵點上仍很薄弱。我國各高校和企業注重對極紫外輻射源展開全面研究，在這一關鍵技術上獲得自主知識產權為我國實現極紫外光刻機的自主研發制造奠定了基礎，但應當注意到許多技術成果僅限于科研階段，和產業的結合不夠緊密。
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