光刻機制造難度有多大?

2002年SMEE成立,是中國政府為了填補光刻機空白而立項。上海微電子裝備公司總經理賀榮明去德國考察時,有工程師告訴他:“給你們全套圖紙,也做不出來。”賀榮明幾年後理解了這句話。

光刻機,被稱為現代光學工業之花,其製造難度之大,全世界只有少數幾家公司能夠製造。其售價高達7000萬美金。用於生產芯片的光刻機是中國在半導體設備製造上最大的短板,國內晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口。

在能夠製造機器的這幾家公司中,尤其以荷蘭(ASML)技術最為先進。價格也最為高昂。光刻機的技術門檻極高,堪稱人類智慧集大成的產物。

“十二五”科技成就展覽上,上海微電子裝備公司(SMEE)生產的中國最好的光刻機,與中國的大飛機、登月車並列。它的加工精度是90納米,相當於2004年上市的奔騰四CPU的水準。國外已經做到了十幾納米。

光刻機制造難度有多大?

光刻機跟照相機差不多,它的底片,是塗滿光敏膠的硅片。電路圖案經光刻機,縮微投射到底片,蝕刻掉一部分膠,露出硅面做化學處理。製造芯片,要重複幾十遍這個過程。

位於光刻機中心的鏡頭,由20多塊鍋底大的鏡片串聯組成。鏡片得高純度透光材料+高質量拋光。SMEE光刻機使用的鏡片,得數萬美元一塊。

ASML的鏡片是蔡司技術打底。鏡片材質做到均勻,需幾十年到上百年技術積澱。

“同樣一個鏡片,不同工人去磨,光潔度相差十倍。”SMEE總經理賀榮明說,他在德國看到,拋光鏡片的工人,祖孫三代在同一家公司的同一個職位。

另外,光刻機需要體積小,但功率高而穩定的光源。ASML的頂尖光刻機,使用波長短的極紫外光,光學系統極複雜。有頂級的鏡頭和光源,沒極致的機械精度,也是白搭。光刻機裡有兩個同步運動的工件臺,一個載底片,一個載膠片。兩者需始終同步,誤差在2納米以下。兩個工作臺由靜到動,加速度跟導彈發射差不多。賀榮明說:“相當於兩架大飛機從起飛到降落,始終齊頭並進。一架飛機上伸出一把刀,在另一架飛機的米粒上刻字,不能刻壞了。”而且,溫溼度和空氣壓力變化會影響對焦。“機器內部溫度的變化要控制在千分之五度,得有合適的冷卻方法,精準的測溫傳感器。”賀榮明說。SMEE最好的光刻機,包含13個分系統,3萬個機械件,200多個傳感器,每一個都要穩定。像歐洲冠軍盃決賽,任何一個人發揮失常就要輸球。

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據cnBeta、環球網、快科技等多家媒體證實,近日長江存儲從荷蘭阿斯麥(ASML)公司訂購的一臺光刻機已抵達武漢。這臺光刻機價值高達7200萬美元,約合人民幣4.6億元。

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另據日經亞洲評論(Nikkei Asian Review)上週報道,中芯國際也向阿斯麥下單了一臺價值高達1.2億美元的EUV(極紫外線)光刻機。這臺機器預計將於2019年初交貨。

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雖然是買別人的東西,但是這兩條信息還是足夠令國人興奮,畢竟這種機器咱們造不出來,人家不賣給咱們,自己的芯片製造就搞不定。

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上面這個就是ASML光刻機的截面圖,這臺機器價值不菲。事實上中國的芯片製造商們要想量產7nm及其以下的工藝的芯片,就必須引入EUV光刻機。

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目前全球只有一家企業在光刻機市場上佔據了80%的份額,就是處於荷蘭的ASML,旗下所研發的EUV光刻機曾售價高達1億美元一臺,而且還不一定有貨。皆因每臺光刻機的裝配大約需要50000個零件左右,預計ASML2018年面向全球的產量僅為12臺,也就是1個月只能有1臺出售給半導體廠商。國際上著名的芯片製造商如Intel、臺積電、三星都是它名下的股東。

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