我國光刻機的發展現狀如何?

唐志憲


  光刻機,被譽為人類20世紀的發明奇蹟之一。我們日常使用手機的CPU製造工藝都離不開光刻機。

  光刻機就是放大的單反,光刻機就是將光罩上的設計好集成電路圖形通過光線的曝光印到光感材料上,形成圖形。最核心的就是鏡頭,這個不是一般的鏡頭,可以達到高2米直徑1米,甚至更大。目前業績有5家公司分別是荷蘭的ASML、日本的Nikon、日本的cannon、美國的ultratech以及我國的SMEE。光刻機被業界譽為集成電路產業皇冠上的明珠,研發的技術門檻和資金門檻非常高。

  

  國外光刻機的巨頭

  1、荷蘭光刻機巨頭ASML:

  ASML (全稱: Advanced Semiconductor Material Lithography,ASML Holding N.V),中文名稱為阿斯麥(中國大陸)、艾司摩爾(中國臺灣)。是總部設在荷蘭Veldhoven的全球最大的半導體設備製造商之一,向全球複雜集成電路生產企業提供領先的綜合性關鍵設備。ASML的股票分別在阿姆斯特丹及紐約上市。另外,ASML的大股東是英特爾,三星和臺積電(TSMC)。

  光刻機高端市場就ASML一家獨大,尼康和佳能已退出高端光刻機市場。ASML鏡頭德國Carl Zeiss(卡爾蔡司),光源美國Cymer(於2012年10月被ASML收購)。目前最新的是ASML第二代EUV(極紫外光)光刻機 每臺售價超1億美金,不過對大陸禁售。

  

  2、日本的Nikon和Canon

  尼康作為世界上僅有的三家能夠製造商用光刻機的公司之一,似乎在這個領域不被許多普通人知道,許多人只知道尼康的相機做的好,卻不知道尼康光刻機同樣享譽全球。

  光刻機作為整個集成電路製造最關鍵的設備,其設備的性能直接影響到整個微電子產業的發展。全球目前最先進的沉浸式光刻機也只有ASML、尼康和佳能三家能夠生產,單臺價格高達幾千萬美元。

  荷蘭ASML公司從2011年起已經壟斷了高端芯片曝光機市場,也控制了中低端芯片曝光機市場80%的份額,同時擁有整個芯片曝光機市場105%的利潤(因為尼康是虧損的),今年ASML的壟斷格局更加明顯了,佳能 識時務,2008年開始逐步退出芯片曝光機業務,停止虧損,專注於打印機業務。日本最大財團三菱集團不甘心失去這個領域的產能,竭盡全力支撐尼康的芯片曝光機,虧損也不願意退出,不過結果是越陷越深。

  尼康的芯片光刻機就在逐漸衰落,荷蘭ASML一步步佔據市場統治地位,尼康光刻機唯一剩下的優勢就是同類機型價格不到ASML的一半。但給予尼康致命一擊的還是英特爾,在新制程中停止採購尼康的光刻機,我所瞭解的所有主流半導體產線中只有少數低階老機齡的光刻機還是尼康或者佳能的。畢竟現在英特爾,三星和臺積電都成為ASML的股東了。

  根據 《路透社》 的報導,日本光學大廠尼康 (Nikon)於24日表示,已對荷蘭半導體設備大廠艾司摩爾 (ASML Holding NV) 和合作夥伴卡爾蔡司 (Carl Zeiss AG) 提起法律訴訟,並表示 ASML 及 Carl Zeiss 兩家公司在未經 Nikon 的許可下將其微影 (lithography) 技術專利用於光刻機上,並運用在半導體制造業中。

  

  中國目前能生產光刻機的廠家(現狀)

  1、上海微電子裝備有限公司

  上海微電子裝備有限公司已經量產的是90納米

  2、中子科技集團公司第四十五研究所國電

  中子科技集團公司第四十五研究所國電已經量產的是1500納米

  3、合肥芯碩半導體有限公司

  合肥芯碩半導體有限公司已經量產最先進的是200納米

  4、先騰光電科技有限公司

  先騰光電科技有限公司已經量產的是800納米

  5、無錫影速半導體科技有限公司

  無錫影速半導體科技有限公司 200納米

  透過以上的數據可以看出目前技術領先的是上海微電子裝備有限公司,國家科技重大專項”極大規模集成電路製造裝備與成套工藝專項”(02專項)的65nm光刻機研製,目前正在進行整機考核。65納米到32納米的具體技術分析:光刻機技術在90納米是一個技術臺階,邁過90納米那麼很容易做到45納米,也就是你可以做65納米的光刻機,那麼對65納米的進行升級可以做到45納米。45納米又是一個技術臺階。邁過45納米的那麼就可以升級到22納米比較容易。22納米也是一個臺階。邁過22納米的,升級到14納米不難。中國目前有90納米。用90納米的升級到65納米不難。但是45納米就是一個技術臺階了。45納米的研發比90納米的和65納米難很多。如果解決了45納米那個可以升級到32納米不難。但是下一步升級到22納米,不能直接45納米升級到22納米了。22納米用到了很多新的技術。

  中國16個重大專項中的02專項提出光刻機到2020年出22納米的。2015年出45納米的並且65納米的產業化。下面具體說一下45納米的。因為目前主流的光刻機。包括32納米的還有28納米基本都是在45納米的侵入深紫外光刻機上面改進升級來的。所以中國掌握45納米的很重要。65納米的在90納米上面升級物鏡到1.2口徑就可以了。45納米光刻機是一個很重要的臺階,達到這個水平後,在45納米光刻機上面進行物鏡和偏振光升級可以達到32納米。

  另外用於光刻機的固態深紫外光源也在研發,我國的光刻機研發是並行研發的,22納米光刻機用到的技術也在研發,用在45納米的升級上面。還有電子束直寫光刻機,納米壓印設備,極紫外光刻機技術也在研發。對光刻膠升級,對摺射液升級,並且利用套刻方法可以達到22納米到14納米甚至10納米的水平。相應的升級的用的光刻膠,第3代折射液,等也在相應的研發中。

  

  中國光刻機發展的重大事項

  長期以來,我國的光刻技術落後於先進國家,成為我國工業現代化進程的一塊短板。那麼對於光刻機的發展有什麼重大的突破嗎?

  我國“極紫外光刻關鍵技術研究”項目驗收會在長春光學精密機械與物理研究所召開,現場在眾多評審專家的見證下,驗收通過了該項目取得的一系列成果,大大推進了我國極紫外光刻技術的研發。

  2016年11月15日,由長春光機所牽頭承擔的國家科技重大專項02專項——“極紫外光刻關鍵技術研究”項目順利完成驗收前現場測試。在長春光機所、成都光電所、上海光機所、中科院微電子所、北京理工大學、哈爾濱工業大學、華中科技大學等參研單位的共同努力下,歷經八年的戮力攻堅,圓滿地完成了預定的研究內容與攻關任務,突破了現階段制約我國極紫外光刻發展的核心光學技術,初步建立了適應於極紫外光刻曝光光學系統研製的加工、檢測、鍍膜和系統集成平臺,為我國光刻技術的可持續發展奠定了堅實的基礎。

  光刻技術是集成電路製造產業的核心,決定著集成電路的元件特徵尺寸。伴隨半導體產業摩爾定律延續,極紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography, EUVL)被公認為是最具潛力的下一代光刻技術。

  極紫外光刻是一種以13.5nm的EUV光為工作波長的投影光刻技術,是傳統投影光刻技術向更短波長的延伸,正處於產業化的臨界點。作為工業製造領域尖端技術的融合,世界上只有少數幾家研究機構及公司掌握此技術。目前,EUVL技術的國際壟斷局面已經初步形成,對我國形成了技術封鎖,將來的銷售政策也難以預料。我國自上世紀九十年代起關注並發展EUVL技術,初期開展了EUV光源、EUV多層膜、超光滑拋光技術等基礎性關鍵技術研究。2008年“極大規模集成電路製造裝備及成套工藝”國家科技重大專項將EUVL技術列為下一代光刻技術重點攻關,《中國製造2025》將EUVL列為了集成電路製造領域的發展重點,並計劃在2030年實現EUV光刻機的國產化。

  在02專項任務牽引下,長春光機所應光室的短波光學研究團隊潛心鑽研,艱苦奮戰,在EUV光學系統協同設計、膜厚控制精度達原子量級的EUV多層膜技術、深亞納米量級的超光滑非球面加工與檢測技術、超高精度物鏡系統波像差檢測及集成技術等方面,突破了一系列EUVL工程化關鍵技術瓶頸;成功研製了小視場EUVL曝光光學系統,投影物鏡波像差優於0.75nm(RMS),構建了EUVL靜態曝光裝置,獲得32nm線寬的光刻膠曝光圖形;建立了EUVL關鍵技術驗證及工藝測試平臺。通過項目的實施,圓滿地實現了極紫外成像光學技術的跨越,形成了一支具有國內領先、國際先進水平的研究隊伍,為開展極紫外光刻曝光光學系統的工程研製奠定了堅實的人才與技術基礎。






互聯網電商時代


在信息化時代的今天,集成電路的重要性不言而喻,而光刻機作為集成電路的關鍵裝備,是我們繞不過的檻,然而這麼重要的光刻機目前世界上能量產的也不過幾家,處於高度壟斷的狀態。世界光刻機三巨頭為荷蘭的ASML、日本的Nikon和Canon,其中屬荷蘭的ASML技術最領先,佔據著絕大部分的市場。

目前我國光刻機廠商主要有上海微電裝備、中電48所和中電科45所等,其中最領先的生產單位是上海微電子裝備有限公司(SMEE),可以生產加工90nm製程的光刻機,去年出貨量約為50多臺(ASML為224臺,Canon為183臺,Nikon為106臺)。

我國28nm工藝節點的193nm波長浸沒式光刻機也正在研究當中,這是目前集成電路生產線上主流的光刻機產品。但這項進展與ASML最新的193納米ArF和EUV光源技術相比依然差距甚遠,尤其是在EUV技術領域,ASML已經遙遙領先。

我國光刻機技術研究起步並不算晚,從1970年開始就已經投入光刻機技術的研究,1985年研製出我國第一臺g線1.5um分步投影光刻機,1994年推出分辨率達0.8um的分步投影光刻機,2000年推出分辨率達0.5um的分步投影光刻機……直至現在我們的光刻機研製任務還在不斷更新。

可以看到,我國的光刻機技術雖然和世界先進水平存在比較明顯的差距,但我們正一步一個腳印地前進,尤其是近些年政策和資金方面得到了越來越大的扶持,相關領域的人才也慢慢培養起來了,我們應該給國產光刻機多一點信心。


趙廣亞


我只知道中國的光刻機技術進步非常的快,估計留給西方賺錢的時候不多了!


軍事2208684863727


正在研究和研製階段,但不是高端的。


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