光刻機的技術難在哪裡?

陳紅衛215


    光刻機的技術難度在於“技術封鎖”,一臺頂級的光刻機關鍵設備來自於西方發達國家,美國的光柵、德國的鏡頭、瑞典的軸承、法國的閥件等,這些頂級零件對中國是禁運的。所以,ASML曾說“即便給你們全套圖紙,你們也造不出來”。

    光刻機是“人類智慧集大成”的產物

    環顧全球,最先進的7nm EUV光刻機只有荷蘭的ASML(阿斯麥)能夠生產,超過90%的零件向外採購,整個設備的不同部位同時獲得了全世界最先進的技術,因此可以在日新月異的芯片製造業取得競爭優勢。


    最頂尖的光刻機集合了很多國家的技術支持,是多個國家共同努力的結果,德國為ASML提供了核心光學配件支持,美國為ASML提供光源支持及計量設備的支持,ASML要做的就是做到精確控制。7nm EUV光刻機包含了5萬多個零件,13個系統,誤差分散到13個分系統中,德國的蔡司光學設備不精準,美國的Cymer光源不精,都可能造成很大的誤差。

    與德國、瑞典、美國等一些西方國家相比,我國的芯片製造以及超級精密的機械製造方面不具備什麼優勢,沒有超級精密的儀器,自然就很難造出頂級的設備,無法造成頂級的芯片。最關鍵的是,這些超級精密的儀器根據《瓦森納協定》對中國是禁運的。


    國產光刻機的“差距”

    目前國內技術領先的光刻機研製廠家是上海微電子裝備有限公司(SMEE),可以穩定生產90nm製造工藝的光刻機,相比ASML的7nm製程差距還是比較大的,國內晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口。同樣正是SMEE推出90nm製程的光刻機後,ASML對中芯國際的7nm光刻機訂單放行,其中的奧妙大家不難想象。

    既然國產光刻機與國外差距那麼大,可以通過購買的方式解決嗎?答案是很難,有錢買不到。

    原因1:只有投資了ASML的,才能獲得優先供貨權,而英特爾、三星、臺積電擁有ASML很大的股份。ASML的高端光刻機產量有限,2018年18臺,2019年30臺,其中臺積電獲得了18臺,我國的中芯國際1臺。

    原因2:《瓦森納協定》的限制,瓦森納協定有33個成員國,中國不再其列,主要目的是阻止關鍵技術和遠見流失到成員國之外,在半導體領域,受限於該協定,在芯片製造、封裝、設計等方面,我國一直無法獲得國外最新的科技。


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有網友說:我們傾盡全力,難道不能製造光刻機嗎?還真的不一定能夠製造。ASML的獨特模式一般企業很難複製,它形成了一個幾乎全世界頂級的企業共同參與的模式,它甚至打造了一個令人費解的銷售方式:你想優先買我的光刻機,你得先投資我!於是,三星、海力士、臺積電都成了它的股東!於是,德國、美國等國家最頂級的配件都搭載在了ASML的光刻機上。

那麼,說到技術方面,光刻機難在哪裡呢?什麼是光刻機,它是對在硅片表面勻膠,通過將將掩模版上的圖形轉移光刻膠上的過程;所以,它的名字又叫掩模對準曝光機,曝光系統,光刻系統。

上圖是光刻機的簡易工作原理圖,在上面我們看到幾個關鍵的內容:能量控制器;透光器,掩膜版、激光器等等,這些都是光刻機所有解決的難點。

難點一:曝光系統最難的是紫外光源。這個光源不止我們用燈照出的光,它需要經過光束矯正器、能量控制器、光束形狀設置、遮光器等造成頻率穩定、能量均勻的光源。機而ASML的光源來自於美國的極紫外光龍頭cymer公司。

難點二:對準系統需要具有近乎完美的精密機械工藝。

難點三:物鏡,這其實有點像照相機的鏡頭,不過在目前生產鏡頭最強的可能就是德國的蔡司了,為了保證光通過物鏡不變形,對於鏡頭要求非常高。

難點四:...其實還有很多,不一一例舉。

其實,光刻機的內容包括了光學、材料學、機械、化學等等學科都有要求,對於技術的粘合度和機器的精密度同樣要求非常高。關鍵是,ASML能夠做好的根源也是在於多家的共同合作,這裡包括資金(要不然將三星、臺積電拉成它的股東呢)的大量投入!

我們目前的上海微電子是我們光刻機的希望,雖然說目前只有90nm,但是在長期的發展中,我國光刻機必定能夠帶來成績。


LeoGo科技


光刻機,中低端粗陋的,我國會造。初步原理大致知道,難在更進一步,

光刻機涉及到膠片產業,鏡頭產業,機床產業,

膠片產業,

銀粒是感光膠片的關鍵,銀粒粗細質量關係到製版精細度。

納米銀粒的生產是底片感光質量的關鍵一環。

膠片幾經反轉縮印翻拍才得到芯片底片。

鏡頭,

鏡頭是光刻聚焦的刀尖,精密的聚焦,深淺度,溫度,微調,要求都超級精密。

機床,

機床看似簡單但精密機床不僅微調要求高,對機床座的熱脹冷縮,震動,應力變形要求都很嚴格。

這些都直接關係到芯片光刻的精度質量,有一項好僅是基礎必要條件,各項有一項不好就會影響成品質量,

先從簡單的說,

機床用材,

機床用鋼材要求冷熱膨脹率極低,加工成型方便,可加工精密螺紋,防顫防震,成品機床沒有內部應力。

這可以用經過舊置的高端機床型材。放置一年半載甚至兩三年以上,常溫冷加工。慢加工。慢絲加工。

再說納米銀粒,

這個沒啥取巧偷機的餘地,

弱電電解銀,那是硬功夫,耐心做到啥水平就是啥水平,機器不一定多大。要的拼的是耐心。

弱電流,濃稠溶液弱電泳電解。產量不求多。

可以試試酒精,甲醇,溶液電解,酒精可蒸發,銀粒就剩下了,低溫烘乾。

也可以試試乾脆用膠體銀溶液直接制膠片。不結銀粒。

光學鏡頭,要從光學材料抓,光學玻璃曾經是戰略科技機密,

哪種光學材料折射率合適,焦點焦距適宜。又抗變形,抗震防顫?

這幾樣能有突破,相信會更近一層。

再說,

底片載物臺,底片怎樣固定防顫?

琥珀底片,琥珀芯片可以使單塊底片單塊芯片更穩定,也可以改善激光光學焦距。

陣列雕刻,能不能利用浮法玻璃的工藝?用冷水銀,漂浮實現純平光刻工作臺?


AUTUYG


依我老農民說:精端光刻沒什麼難做。我提點政府應重點組合中國量子科技和中微科技資源突破相關技術可彎道超車,創新精端光刻科技。我不信一個14億人的人海,人才輩出,創新企業幹萬家,博學.學士那麼多,專家也不是吹出的,資源那麼豐富,會被一個小小的光刻機難住。我預測五年內必有突破。


阿里7648


光刻機為什麼會被荷蘭ASML壟斷,是因為有很高的技術難度,甚至比造飛機的發動機還要難。

在加工晶圓的過程中,通過光線將電路圖的底片照射到晶體表面,經過蝕刻,離子注入,將電路刻制到硅晶體。這個過程對透鏡的精度要求非常高,要達到萬億分之一米,光源要採用波長穩定的極紫外線光源。ASML會有這樣的技術,是因為透鏡有德國蔡司的技術支持,光源有美國Cymer的技術支持,它們才能解決這些難題。


光刻機的控制檯要保持高精度的同步,誤差在2納米以下,啟動的加速度相當於光速,而且周圍的溫溼度和空氣壓力要非常的精確,稍有差異就會影響對焦,機器內的溫度要控制在千分之五,這樣就需要很多很精準的傳感器來完成,ASML依靠美國傳感器的技術,才能突破技術難點。



像比較先進的7納米EUV光刻機,起到投射作用的微影機臺的技術難度也很大,一般的光刻機都是採用波長為193奈米的紫外線,而三星、臺積電生產芯片時要達到幾十個奈米,要達到這個標準,實在是太難了,微影投射的光線有很高的破壞力,對製造的材料,零件都採用工藝極限的標準,通過美國技術的援助,ASML才研究出13奈米的微影機臺設備。



光刻機的每個部件都是高精度困難重重,需要大量的技術人才和資金去研發,只有不斷攻破一個個技術難關,才能製造出更先進的光刻機。


星河方舟


大家都知道光刻機的作用是用於生產精密半導體芯片的尖端設備,可以說現在的智能化信息化設備都離不開尖端芯片技術,而半導體芯片的生產製造又離不開光刻機,所以說光刻機的存在是所有尖端設備運用的基礎,沒有光刻機就不會有現在的先進科技設備,而光刻機的原理其實對於一些科技強國來說並不是什麼難題,但是製造出合格的光刻機就不是容易的了。



光刻機的原理很多國家都懂得,但是懂得並不代表就能生產製造出來,世界上最先進的光刻機是荷蘭生產製造的,但是嚴格的來說荷蘭的光刻機技術並不是自己的,而是西方發達國家技術結合的成果,說白了就是荷蘭的光刻機零配件來自西方不同的國家提供,並非一個國家的能力製造出來的。

我國其實也有生產研製光刻機的能力,只是在技術水平上還有一點差距,跟最先進的水平來說,我們在許多方面其實並不比西方差多少,就是在核心技術上面的差距,就是這些核心技術才是影響最大的,核心技術趕不上其他方面趕上甚至超過了也比不上別人,光刻機的核心技術是什麼呢?



其實光刻機的核心技術是光源和鏡頭,而鏡頭的生產製造是需要最尖端精密的加工技術,在這種精密機床和加工技術上面我們還存在著不足,這也就是為什麼我們的光刻機遲遲不能突破的原因,因為我們的光刻機鏡頭製造達不到水平,所以我們的光刻機做不到最好,跟荷蘭的光刻機差一代半的差距。

荷蘭的光刻機的鏡頭是來自德國蔡司公司,德國的精工技術就不用多說了,絕對是最強之一,在鏡頭研發上面日本現在都已經放棄了這種鏡頭的研發,目前最好的就是德國的蔡司,而光源是Cymer提供,現在已經被荷蘭光刻機公司收購,而光刻機裡面有五萬多個零件組成,這些零件來自世界各地,當然核心的東西就是德國提供了。



光刻機鏡頭的鏡面要求有多高呢?該公司的高管曾經形容過,如果把光刻機鏡面放大到幾十萬平方公里大小,整個鏡面的平整誤差不能超過一釐米,可以想象這個精度的要求有多高,對精加工設備的要求有多高,技術難點在世界上都是非常高的,日本的佳能都放棄了這個項目,可見技術難度有多大。

我們國內研發的光刻機一年研發投入接近千億人民幣,但是在技術上面還是比不上ASML,因為他們的光刻機是數十年西方科技的積累和結晶,並不是光用錢就能做出來的,而在光刻機技術上面除了光源和鏡頭之外,還有一個核心領域,那就是機械工作臺的運動誤差不能超過兩納米,這對精工技術的要求非常高,這也是一大難題。



在這上面美國自己單獨高都搞不出來,ASML的光刻機80%左右的零部件是對外採購,是西方几十年科技的結晶,而我們在技術上面本來就落後一些,所以想在短時間內趕超那是不可能的,雖然我們的刻蝕機取得突破,但是跟光刻機沒辦法比較,光刻機是包含了最先進的光學和材料學以及精密機械的結合體,工藝要求非常高,就算知道怎麼做但是工業水平達不到也做不出來,這並不是一家公司單獨能做得了的,這需要國家完整強大的工業體系才可以,世界上沒有一個公司可以單獨研製光刻機。


無法超越的足跡


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①本來光刻機的技術就是非常困難,ASML是7nm光刻機的全球獨苗;

②歐美對中國技術進行封鎖


ASML的7nm光刻機是全球獨苗了

此前,生產光刻機的企業有好幾家的,在日本也有。但是技術到了13nmEUV的時候就做不下去了,日本的Nikon和佳能,都已放棄開發。

ASML就成為全村人的希望了.....你知道嗎?ASML本身是飛利浦出來的,飛利浦的錢不夠燒了,然後找荷蘭政府要錢,荷蘭政府也給了一點錢,但是還不夠燒;然後ASML就要想辦法了,它登錄了資本市場,也就是上市了,通過比較低成本的方式來融資,但是錢還不夠燒!

然後ASML只能找投資啊!英特爾、三星、臺積電、海力士都在ASML中有相當可觀的股份,給ASML投資了。ASML為了回饋這些客戶或者說是股東,採用了股東先發貨的政策,不是股東只能等,甚至只能用上一代技術的。

除此之外,為了省去技術的費用,ASML還和合作夥伴一起開放技術,平攤成本的。而且這些合作伙伴都是歐美頂級的企業!

可以說,ASML是歐美多國一起砸錢砸技術燒出來的全球獨苗。

對中國的技術封鎖

ASML其中很多技術和零部件因為《瓦森納協定》,對與中國來說是禁運的。

同時,ASML採用德國蔡司的鏡頭,美國cymer公司的光源等等,這些都是對中國來說禁運的。

那就意味著,中國不僅要花比ASML更多的錢去砸,而且還要一個國家完成數個國家的技術。

ASML是獲得了多個國家的幫忙才做出來的近乎完美的機子,但是中國只能靠自己。

芯片技術本身就是人類工業品的智慧巔峰,匯聚了人類的智慧。如果想要靠一個國家就能全部完成,這是相當困難的。


太平洋電腦網


先不說所有都是頂尖的技術了,目前所有機械設備光電傳感器,各種控制器,精密軸承,滑軌,有那個使用國產的?不都算用進口的嗎?沒有嚴謹的工業態度,永遠想賺一筆快錢的企業精神,不可能做出領先世界的產品。


TOMY1688


是的,是這樣的。我在ASML工作過,當然只是一般的工程師,那還是上個世紀90年代,當時ASML就很先進,那時候的機器都賣到臺灣,馬來西亞這些地方的,我們中國都沒能力用,也沒什麼人買的。客戶中很少有中國的。

當時我的一個同事是個專家,是俄羅斯來的,是個大科學家吧,大老闆都經常來他辦公室討論下一步技術發展的問題。這人最愛喝巧克力茶了,可能俄羅斯這東西不多吧,在ASML公司是免費吃的。


ivwe


幫你邀一下,這個東西我知道的不多


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