卡脖子技术之1————国内外光刻机厂商水平差距介绍

三年前可能很多人都不知道光刻机是用来干嘛的,甚至都没有听说过光刻机。由于近几年,美国对于中兴和华为的为难,使得芯片研发以及对于制造芯片的关键设备光刻机迅速成为大众的关注的话题。

这篇文章我们从光刻机的简单介绍,光刻机的国外水平,光刻机国内的水平,以及国内光刻机跟国际先进水平的差距!

光刻机

光刻机根据自动化程度可以分为全自动,半自动以及全手动的,根据使用的功能可以分为芯片前道制造,芯片后道封装,还可以作为LED等的制造,根据光刻机的光源可以分为紫外光源(UV),深紫外光源(DUV),极紫外光源(EUV),以此递进的关系,波长越来越小,分辨率会越来越高!根据光刻机的发展光刻机经历了到目前为止5代的发展,第一代和第二代能够做的工艺节点800nm到250nm,第三代光刻机能够做到的工艺节点180nm到130nm,第四代光刻机能够做到的工艺节点130nm到22nm,第五代能够做到的工艺节点22nm以下,目前能做到7nm。

前四代光刻机

而对于国内的短板来说,芯片的制造是最难的!接下来着重介绍一下国内外的水平及国内外的一些光刻机厂商!

国际光刻机的水平!

1、ASML

光刻机水平最高的是荷兰的ASML,ASML在光刻机领域几乎是垄断的水平,2018年全球第三代、第四代和第五代半导体光刻机出货量134台(不考虑面板光刻机),而ASML占全球出货量的90%,达到120台,在中高端光刻机领域,ASML已经完全处于垄断的地位!而ASML背后的资本是非常复杂的,其中英特尔以41亿美元成为ASML的最大股东,所以美国虽然没有水平很高的光刻机公司,但是美国在海外投资光刻机产业,所以美国在光刻机领域拥有绝对的话语权!目前7nm芯片的量产只能用ASML的EUV光刻机,虽然中芯国际通过N+1工艺可以绕过不使用ASML的EUV光刻机,但是5nm芯片还是绕不开EUV光刻机!所以ASML在光刻机领域拥有绝对的话语权及垄断地位!

ASML光刻机

2、Nikon

Nikon在2018年的半导体光刻机出货量达到36台(不考虑面板光刻机),出货的都是第二代、第三代和第四代半导体光刻机,没有一台是EUV光刻机(第五代),因为全球能够做EUV光刻机的公司目前只有ASML一家。但是除了ASML,Nikon还是能做到45nm到22nm的浸没式步进扫描投影光刻机。而在之前的22nm的工艺上,英特尔的半导体设备供应商ASML和Nikon一起入围,但在EUV高端的光刻机上,Nikon彻底被ASML甩开!

3、Canon

Canon虽然也是光刻机三巨头之一,但是Canon只能出一些中低端光刻机,在2018年的半导体的114台出货量中,主要是第二代和第三代半导体光刻机,而这两代半导体光刻机主要的工艺节点在130nm到800nm!所以Canon只能在中低端半导体光刻机与其他两家分一杯羹!

这三家是国际上半导体光刻机三巨头,在中高端半导体光刻机,这三家公司几乎处于垄断的地位,基本上其他公司没有丝毫的机会!

国内光刻机的水平

国内也有不少在研究光刻机公司,但是目前国内最高的能做到90nm的光刻机,以下介绍国内几家研发光刻机公司:

1、上海微电子装备(集团)股份有限公司

上海微电子装备股份有限公司能够做前道,后道和面板光刻机,目前前道的芯片光刻机能够量产做到90nm的水平,65nm的光刻机在研发中!2001年的时候ASML就获得了157nm关键的光学技术,2010年的时候首次发售概念性EUV光刻系统,而目前上海微电子装备已经是国内能够量产半导体光刻机的最高水平。这意味着中国在光刻机领域比ASML落后了十几年!

上海微电子装备光刻机

2、国内其他的光刻机公司及关键零部件的情况

合肥芯硕半导体有限公司目前已经能够量产200nm光刻机;先腾光电科技有限公司目前已经能够量产800nm光刻机;中子科技集团公司第四十五研究所国电,目前已经能够量产1500nm的光刻机。

2016年初,光刻机核心子系统双工件台系统样机研发项目通过内部验收,为我国自主研发65nm至28nm双工件干台式及浸没式光刻机奠定了基础”。

2017年6月21日,“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”国家科技重大专项实施管理办公室组织专家,在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所召开了“极紫外光刻关键技术研究”项目验收会。一致同意项目通过验收,认为该项目的顺利实施将我国极紫外光刻技术研发向前推进了重要一步。

国内外差距

ASML售卖给中国光刻机都是有条件的,不能给国内自主研发的芯片加工,比如像龙芯就不能用ASML的光刻机给加工,光刻机对于中国是有一定的禁售条约的,但是一旦中国能够自主研发出更高端的光刻机,禁售的条件就会放宽,比如在2010年的时候对于中国还是禁售90nm以下的光刻机,但是到2015年就是禁售65nm以下的光刻机。一旦放开90nm的光刻机,对于国内刚刚研发出来的90nm的光刻机从市场上是有一定程度上的冲击,而且国外的90nm的光刻机研发更加成熟,我相信一旦中国能够自主研发65nm的光刻机,国外即可就开放中国光刻机销售的禁售条例!这样对于中国的光刻机研发是有很大的冲击!

其实京东方为光刻机研发提供了一个不错的“模板”,虽然京东方连续14年亏损,一直靠着国家补贴在研发面板产品,从刚开始的模仿和追赶到现在能够快速建立世界上第二条OLED生产线,成为全球前列的水平,这其中经历很多的质疑和承受了巨大的压力,但是京东方挺过来了,有了自己自主研发的屏幕!

京东方

光刻机可以走同样的路,像上海微电子装备股份有限公司也是每年都会有国家的补贴,希望国内的光刻机公司能够沉下心专心做研究,除了在一些目前不能做到的硬件(高端镜头等)上,尽极大的努力在技术和能够做到的零部件上持续投入更多的人力物力财力来使得中国在光刻机上有自己的一席之地!

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