我国的光刻机发展到什么地步了?

谦皆吉


芯片制造包括两个环节,设计环节和制造环节。智能手机领域而谈,华为海思等科技企业已有研发7nm制程工艺的芯片。不过制造环节而谈,至今还仍是咱的突出短板,用于生产制造芯片的国产光刻机至今都没取得突破性的进展,多数还在依赖光刻机进口。

长期以来,我国在光刻机领域都在持续投入和研发。当然,技术上的突破喜讯也是有的。譬如我国自主研发的14nm光刻机已经初步通过了专家组的验收和审核。

这是意识主导下的突破和崛起,只有自主掌握核心技术才不易受控于人。像不久前,2019年12月份也传来喜讯消息:武汉光电国家研究中心的甘棕松团队,已成功研发出9nm工艺制程的光刻机。此国产光刻机的特色在于利用二束激光突破了光束衍射极限的限制,刻出了最小9nm线宽的线段。据坦露的是,此项9nm制程工艺技术为我国独有,拥有着独立自主产权。

当然,即便国产光刻机取得9nm制程工艺的突破进展,但依旧要承认差距。目前光刻机顶尖技术掌握在荷兰ASML手中,其也是世界范围内屈指可数的光刻机制造巨头。ASML的7nm EUV光刻机已经非常成熟,并在向更先进的5nm制程工艺节点迈进。

ASML的光刻机技术先进,价格非常高昂,但也并非有钱就能买到。中芯国际早前就像ASML订购一台EUV光刻机,但遇到了众多阻滞因素,迟迟没交付到货。

半导体工艺的进步一直备受关注,尤其是国产半导体技术和国际顶尖水平差距依然很大,高性能芯片更依赖外来先进工艺。目前我国的9nm也还没到芯片量产的阶段,未来还有较长的路要走。但只要脚踏实地,每一步都令人鼓舞。国产光刻机未来会有更大的进展…


IT小众


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你可能想象不到,我国竟然研制出了9nm工艺制程的光刻机,要知道现在最受大家关注的是90nm上海微电子的光刻机,而如今出现了9nm光刻机,着实令我们感觉到有些惊喜。

2019年4月15日,武汉光电国家研究中心甘棕松团队,通过使用了二束激光在自研的光刻胶上突破了光束衍射极限的限制,在使用了远场光学的办法,光刻出最小9nm线宽的线段,实现了从超分辨成像到超衍射极限光刻制造的重大创新。

你可能觉得不可思议,事实上,这件事的可行性和可信性确实让人感觉到有些惊讶,但事实确实如此,虽然光刻机并没有完全的付诸于实施,可是你得知道的是,光刻机未来一定会被打破。

虽然,ASML目前已经可以生气7nm EUV光刻技术,相比之下,国内目前最好的上海微电子最好为90nm的光刻技术,这种差异确实有点偏大,但是,你得知道的是这种差异的变化,正是说明了我们急需对于光刻技术的需求。

如果光刻机不能够实行质的飞跃,势必给未来的光刻技术带来一种新的挑战,在《瓦森纳协议》的压力下,国产光刻机确实会让光刻机充满了压力,而武汉方面的突破,必然会给光刻机的未来增加无限可能。


LeoGo科技


    我国可以量产的是90nm制程工艺的光刻机,全球最先进的是荷兰ASML的7nm EUV光刻机,可以说我国的光刻机技术与世界先进水平还有很大的差距。但是,还有一个问题,即便有钱,也很难买到最先进的7nm EUV光刻机,下文具体说一说。

    与荷兰ASML的差距

    资料显示,我国生产光刻机的厂商是上海微电子(SMEE),成立于2002年,目前所生产的光刻机,主要用于90nm及其以下芯片制造工艺,几乎垄断了全球低端光刻机市场,占到了全球80%以上的市场份额,但是在高端光刻机领域为零。

    上海微电子与荷兰ASML在光刻机领域的差距,反映了我国在精密制造领域的差距,一台全球顶级的光刻机的关键零部件来自西方不同的发达国家,美国的光栅、德国的镜头、瑞典的轴承、法多的阀件等等,更麻烦的是,这些零部件对我国是禁运的。

    因此,上海微电子只能先做好中低端光刻机,毕竟80%以上的芯片并不要高端光刻机,做好了中低端,生存下去,然后慢慢培养国内零部件厂商,向高端光刻机领域发展。

    购买高端光刻机“一波三折”

    最先进的EUV光刻机全球只有荷兰的ASML能够生产,售价超过了1.5亿美元。我国的中芯国际早在2017年就预定了一台7nm EUV工艺的光刻机,预计2019年年初交货,但是到了2020年,仍然未交货。

    第一次延期:2018年12月,ASML的主要元器件供应商Prodrive工厂发生火灾,中芯国际预定的光刻机延期。

    第二次延期:出售EUV光刻机需要荷兰政府发放许可证,在美国的种种施压下,先是对这台光刻机进行审计,只要美国制造的零件占到25%的价值,就需要美国出口许可证;再是以“国家安全”为由,拿出了《瓦森纳协议》,企图封杀这笔订单。

所以,至今中芯国际仍未收到这台7nm EUV光刻机。


    总之,我国光刻机与世界先进水平的差距,主要是制造工艺的差距。虽然,武汉光电研究中心已经突破了9nm光刻技术,但是在关键零部件、材料等方面仍然无法满足量产的需求。这也印证了一句话“自己有才是真的,只有你突破了技术,就没有人能卡住你的脖子”。

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Geek视界


首先,我国很早就开始了光刻机的研制,在上世纪70年代,清华大学与中科院合作进行光刻机的研发,在1985年就研制成功了一台g线分步投影光刻机,这比国外同类产品仅仅晚了6年。2002年我国成立了上海微电子装备有限公司(SMEE),其研发团队主要来自中科院45所,目前为止,这也是我国仅有的一家光刻机研发单位。从今年发展来看,SMEE虽取得了很大成绩,但整体技术水平还是落后于西方发达国家。

光刻机的研制技术难点主要是解决精密度问题,光刻的原理就像在米粒大小的面积上,雕刻纳米级大小的文字,其难度可想而知,所以这需要持续的研发和技术攻关。此外,我国光刻机的研发还面临资金和人才的调整。研发光刻机这种高精尖设备投入大、投资回报时间长,民营企业出于发展目的,很少会主动投入光刻机的研发,所以这需要国家进行投资和组织,从国外发展来看,英特尔、台积电、三星为推进光刻机的研发,都是持续投入巨资,比如三星以38亿欧元购买ASML23%的股份支持其EUV光刻机的研发,可以说是不计成本,也由此奠定了他们在光刻机领域的地位。

与国外相比,我国缺少光刻机相关配套产业,而且由于西方国家的技术封锁,几乎不可能从国外获得技术支持,所以,我国光刻机的发展只能来源于自主研发,而光刻机研发人员的培养难度较大、培养周期长、人才流失严重,这些都大大制约了我国光刻机的发展。

其实总体来看,发展光刻机取决于国家的决心,过去,我们可以很容易买到国外芯片,而且自主研发投入大、风险高,这造成了我们国家很多人产生了“造不如买”的观点,但随着中美贸易战的加剧,美国开始对中国进行技术防范,比如“中芯事件”,对华为的各种制裁,这些事件终于使国内企业醒悟过来,不发展光刻机,中国永远把自身的命脉放在别人手里,国家工业将永远徘徊低端产业,所以,发展光刻机已经刻不容缓。


Panda科技汪


2018年11月30日据媒体报道,由中国科学院光电技术研究所主导的项目“超分辨光刻装备研制”29日通过验收。

该光刻机光刻分辨力达到22nm,结合双重曝光技术后,未来还可用于制造10nm级别的芯片。

专家表示,该光刻机在365nm光源波长下,单次曝光最高线宽分辨力达到22nm。项目在原理上突破分辨力衍射极限,建立了一条高分辨、大面积的纳米光刻装备研发新路线,绕过国外相关知识产权壁垒。

据悉,光刻机是制造芯片的核心装备,我国在这一领域长期落后。它采用类似照片冲印的技术,把母版上的精细图形通过曝光转移至硅片上,一般来说,光刻分辨力越高,加工的芯片集成度也就越高。

项目副总设计师胡松介绍,中科院光电所此次通过验收的表面等离子体超分辨光刻装备,打破了传统路线格局,形成一条全新的纳米光学光刻技术路线,具有完全自主知识产权,为超材料/超表面、第三代光学器件、广义芯片等变革性领域的跨越式发展提供了制造工具。


跪射俑


光刻机是半导体产业中最重要的设备,技术先进的还是由荷兰ASML公司生产,我国也有在研发生产光刻机,但技术水平还比较落后,无法满足现代芯片工艺要求。

我国光刻机的发展现状与技术水准

目前我国能生产光刻机的企业有5家,最先进的是上海微电子装备有限公司,光刻机量产的芯片工艺是90纳米,目前正在向65纳迈进,因为90纳米是一个台阶,如果能过关,后面的65、45就很容易攻破,按照目前的发展速度,预计在2020年可以达到22纳米。


日本佳能和尼康的退出,只有荷兰ASM占统治地位,与它相比,国产光刻机有较大差距

日本还有两家光刻机设备商佳能和尼康,佳能因为此项业务亏损,在2008年就退出了。而尼康的光刻机受到了英特尔的限制,新的制程不用尼康的光刻机,给了尼康沉重的打击以致衰败。现在只有荷兰ASML占统治地位,它们的工艺已经达到了7nm,还在研发5nm中,而我国的光刻机设备是90nm,65nm还在研发中。显而易见,我国的光刻机技术还有很大的差距。



我国光刻机的发展成果

2016年我国完成了“极紫外光刻技术”的验收,历经八年的研究成果终于换来了回报,这对于光刻技术具有里程碑的意义。极紫外光刻是最具有代表性的光刻技术,它是以13.49nm的EUV光来用作投影,比其它的投影光源更全面,是投影技术的临界点,获得这项技术对光刻机的提升起着很大的作用,计划在2030实现EUV光刻机量产。



虽然我国的光刻机技术落后,但一个小小的突破就会给我们很大的信心,也代表了中国企业在半导体行业发展的决心,期望早日突破光刻机技术难关,迎来中国芯。


星河方舟


我国光刻机最近几年整体的发展还是可以的,虽然在高端领域和荷兰ASML差距还是相当大的,但是我们正在迎头赶上,只要这个发展的进程不中段,以及相关科学领域的持续突破,必然缩小差距和追赶上。

上海微电子已经在研发28nm工艺光刻机

上海微电子是目前国内光刻机领域最领先的系统制造商,很多人提起这家公司或许都会说它们只能量产90nm的工艺的光刻机,但这并非上海微电子当前真正的研发进度。

最新消息显示上海微电子已经完成了65nm光刻机研发,且已经进入设备验证阶段,如果不出意外的话这2年应该能量产65nm。既然已经搞定了65nm光刻机,下一代的28nm光刻机研发工作也已经在进行中。

因此,未来几年内如果顺利的话,我们或许能用上国产28nm光刻机。


光刻机研发不仅仅靠上海微电子

上海微电子虽然是研发光刻机的主力,但是一台光刻机涉及到几万的配件,仅仅靠上海微电子显然也是无法制造出合格的高端产品,想要尽快提升我国的光刻机整体水平,还需要整个产业链的努力。类似光栅、镜头、阀件等光刻机的核心配件厂商同样需要提升自身的水平,而这就涉及到制造业的技术水平了。

目前来看,配件厂商的差距和国外企业相差较大,此前上海微电子总经理曾经举个一个例子,德国人这边生产的镜片抛光都是纯人工,而这种工种的工人祖孙三代都做相同的工作,这种模式生产出来的镜片光洁度要比其他方式生产的强十倍。

这就是差距,国内很难实现类似的生产模式。

上海微电子有哪些用途的光刻机

上海微电子目前的光刻机产品包括前道光刻机、后道封装光刻机、平板显示光刻机、LED光刻机等,而大家所称的90nm光刻机指的是前道光刻机,目前后道封装光刻机上海微电子占据国内80%的市场份额,全球市场份额40%左右,LED光刻机市占率为20%。

如果放眼全球光刻机市场,荷兰ASML占据高端领域,全球份额达到了8成,剩下2成的中低端市场主要由上海微电子和日本的佳能、尼康来瓜分。

Lscssh科技官观点:

以上就是我国光刻机的现状,和荷兰ASML高端光刻机差距还是很大,但我们正在不断的追赶中,相信未来我们还是能赶上的。




Lscssh科技官


中国的极紫外光刻机已经有了突破。

中国的超分辨率光刻机是世界独有。

中国的9纳米光刻机是独辟蹊径的。

中国的双工作台技术打破了外国垄断。

中国是世界唯一掌握固态光源技术的国家。


小杰80164096


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芯片制造业两大至关重要的技术,蚀刻机和光刻机,在蚀刻机上我国已经攻克5nm技术,与欧美差距进一步缩小,但是在光刻机上,全世界只有荷兰的 ASML 能够制造顶级的光刻机。中国自主研发出世界首台超分辨光刻机,才达到了22纳米。

本来,中芯国际花了1.2亿美元向ASML订购了EUV,预计将在2019年年初交货。但是ASML突然失火,交货日期遥遥无期。

如果要发展光刻机,核心硬件这个还需要加大力度攻克,另外就是需要专业的人才,而这两个方面,目前我们都急缺,我们缺乏研究光刻机的高精尖人才。

另外最重要的是,光刻机这种东西,往往花费十几年投入,都没有一个响。属于高投入低产出的,如果没有国家投入支持,很少民营企业能够撑得起这么高的研发费用,关键还耐得住性子,十几年没有收益还能继续投入。

但是不管怎么样,我们国家的光刻机在持续进步,也让我们拭目以待。


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光刻机是芯片制造的核心设备之一,按照用途可以分为好几种:有用于生产芯片的光刻机;有用于封装的光刻机;还有用于LED制造领域的投影光刻机。

用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口,本次厦门企业从荷兰进口的光刻机就是用于芯片生产的设备。

在加工芯片的过程中,光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到硅片上,然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图。

一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片,线路图的层数越多,也需要更精密的曝光控制过程。

光刻机的技术门槛极高,可以说是集人类智慧大成的产物。

我国的光刻机技术仍然处于低端水平,上海微电子的光刻机代表我国光刻机的最高水平,制程工艺为90nm,而荷兰ASML的光刻机已经进入5nm的制程工艺,我国的高端光刻机全部依靠进口。

目前,全球光刻机领域的龙头老大是荷兰的ASML,占领了80%的市场,日本的尼康和佳能已经被ASML完全击败。最先进的EUV光刻机,只有ASML能够生产。大家所使用的手机的处理器、电脑的CPU,大部分是ASML的光刻机制造出来的。

ASML的光刻机超过90%的零件向外采购,整个设备采用了全世界上最先进的技术,是多个国家共同努力的结果,比如德国的光学设备和精密机械,美国的计量设备和光源设备。一台7nm EUV光刻机包含了5万多个零件,13个系统,需要把误差分散到这个13个子系统中,所以每个配件必须得非常精准。

最关键的是生产光刻机所需的关键零件,对我国是禁运的,所以制约了我国光刻机技术的发展。

ASML的7nm EUV光刻机已经非常成熟,华为的麒麟980处理器、苹果的A12处理器、高通的骁龙855处理器均是有台积电代工使用ASML的7nm 光刻机生产的。据说,ASML已经开始生产5nm制程的光刻机。

总之,相比德国、日本、美国我国的芯片制造以及超精密的机械制造方面有一定的差距,同时国外对我国的“技术封锁”,关键零件“禁运”相比ASML最新的EUV 7nm光刻机,我国的光刻机仍然有很大的差距。


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