中国目前光刻机处于怎样的水平
日前(2020/05/14),全球芯片制造设备巨头阿斯麦(ASML))公司与无锡高新区签署战略合作协议。原以为这是引领核心技术产业发展的一面旗帜?但只是一场美丽的误会,ASML只是在无锡升级光刻设备技术服务基地。
1、目前咱们光刻机的水平?
若设备进口不算,还停留在实验室阶段的也不算,实际上代表国产光刻机最高水平的目前还仍是上海微电子的90nm制程工艺。
那为什么会有人认为咱们光刻机已经进入了22nm时代?甚至说5nm工艺?
其实是误解。关于5nm的说法其实是刻蚀机技术,并非光刻机。早在2018年的时候,中微半导体就宣布掌握了5nm刻蚀机技术,还通过了台积电5nm工艺校验。
但是,光刻机国产化进程显然要比刻蚀机要缓慢太多!22nm时代至多是踏入了半只脚。
2018年11月,中科院光电所经过7年研发,成功验收了“超分辨光刻装备项目”。据悉,这是世界上首台分辨力最高的紫外超分辨光刻装备,能够实现22nm光刻工艺。
4月份上海微电子也宣布实现了22nm光刻机的研发突破。但就没有透露其它的细节信息。这样也只能是用“停留”在试验室来定论了,毕竟目前看来光刻机22nm节点离商业化落地还较远,短时间内无法迅速落地并进行生产。
2、与巨头们相比,差距还仍要坦诚相认。
台积电5nm已经做好了下半年进入全面量产的准备,近日也披露了3nm的细节,3nm制程或明年试产;三星也已成功研发出首个基于GAAFET的3nm制程,预计2022年开启量产。
而,2019年中芯国际成功实现第一代14纳米FinFET工艺量产,前段时间中芯国际代工麒麟710A的事情还稍有热度。
但是,中芯国际目前最先进14nm FinFET工艺不是自主技术,需依赖进口。而且,这制程节点落后少说还是5~6年时间。
3、国产光刻机的未来。
台积电、三星也高度依赖ASML光刻机,但咱们的情况有所不同。
早在2018年,中芯国际就向ASML订购一台EUV光刻机,预期2019年交付。但却屡招到阻拦,迟迟未到货。今年3月中芯国际深圳厂区曾到货一台荷兰进口大型光刻机,也只不过是常规设备,并非极紫外光刻机。
恰恰的是,国内半导体设备厂商想要实现技术突破,还得是靠自我努力做技术积累,绕过巨头们先前留下的层层技术专利,以及美国商务部的各类清单管制。
目前来看,我国自研的光刻机还依然处于制程工艺为90纳米的水准。
这个水准的光刻机,隶属于第四代步进扫描式光刻机,采用的是波长为193纳米的,深紫外光ArF光源,其制程工艺在135纳米-65纳米之间。
与浸没式光刻机相比差半代,与EUV光刻机相比差一代。
国内这型制程工艺在90纳米的光刻机,也就是由上海微电子生产的SSX-600/20型光刻机。
该光刻机采用了四倍缩小物镜,自适应调焦调平技术,六自由度工件台掩膜台技术,可以适应8寸或者12寸的晶圆。
也就是说,目前国内最先进的光刻机,也只能达到90纳米的制程工艺,不过经过多次曝光之后,估计制程工艺还会进一步缩小。
而国际上最先进的,制程工艺最低的,就是ASML集成的EUV光刻机。该光刻机的制程工艺已经达到了7纳米,采用了波长为13.5纳米的EUV光源;镀了近百层钼和硅制成薄膜的反射镜,而薄膜的粗糙度控制在零点几纳米级别;还有运动精度误差控制在1.8纳米的双工件台。以上只是EUV光刻机,最为重要的三大部件。而一整台EUV光刻机是由10万多个零部件,且还要经过工程师上百万次的调试,才可以交付使用。
想象一下10万多个零部件是什么概念。
一般的家用小轿车只有2万多个零部件。
一架波音737NG约有50多万个部件。
可想而知,组装一台光刻机的难度有多大。当然了,不仅仅是组装完成之后就完事了,还对装配的精度要求相当的高。
而要制造出EUV光刻机,就要在光源,反射镜,双工件台这三大技术上取得突破。而这三大件也是,在光刻机中制造难度最大的。只要解决了这三大部件,EUV光刻机剩下的部分就没那么难了。
目前来说,光源,双工件台,反射镜都有企业在研发。只不过,想要达到适合EUV光刻机使用的标准,还有一段要走,对于科学研究来说,万万是急不得的。毕竟ASML生产的EUV光刻机,是集合了美,日,德,英,欧的最尖端科技。仅凭一国,想要将以上的尖端科技全部握在手中的话,那难度有多大是可以想象的。
国内研发双工件台的主要就是华卓精科。
研发光源有科益虹源,福晶科技。
研发反射镜的有奥普光电,国望光学。
研究浸没系统的有启尔机电。
研究光刻胶的有容大感光,南大光电。
以上就是国内正在研究光刻机各种部件的企业,而集成的话有上海微电子。
隔着一代的差距,是需要时间和持续的投入做基础的。也只有等到国内与光刻机制造相关的技术突破后,各种部件的制造才有了突破的希望。
现阶段就是深耕细作的时期,事已至此,抱怨无用,想法赶上,赢得未来。
目前来看,90纳米制程工艺的光刻机,基本上可以满足工业芯片的生产需求,暂时不需要担心。而高端芯片也只是在手机,电脑上使用的比较广泛,对工业,军工的影响不大。完全可以等到国产EUV光刻机完成之后,再发力。
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