目前國內(nèi)研究光刻機的企業(yè)不少,因為光刻機實在太重要了。
由于光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平,光刻成為 IC 制造中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的工藝步驟, 光刻的核心設(shè)備——光刻機更是被譽為半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠。目前最先進的是第五代 EUV光刻機,采用極紫外光,可將最小工藝節(jié)點推進至 7nm。由荷蘭 ASML制造。
國內(nèi)光刻機技術(shù)比較先進,已經(jīng)量產(chǎn)的應(yīng)該是上海微電子裝備有限責(zé)任公司(簡稱SMEE),已經(jīng)實現(xiàn)90nm的量產(chǎn),目前正在研究65nm的工藝。
其他的包括 合肥芯碩半導(dǎo)體有限公司、先騰光電科技有限公司、無錫影速半導(dǎo)體科技有限公司等一些企業(yè),在光刻機上衣和有自己的成果。
但這些光刻機企業(yè),目前還是在原來的道路上一步一步往前走,相信只要努力,未來也能達到很高的水平。但對于光刻機行業(yè)來說,他們的追趕速度雖然很快,但技術(shù)進步的速度也是很快。所以,他們只能持續(xù)在低端方面,占有一定的市場份額。
如果要進入高端市場,目前國內(nèi)最先進的光刻機技術(shù),應(yīng)該是中科院光電技術(shù)研究所的技術(shù)成果。
2018年11月29日,新華社報道稱,國家重大科研裝備研制項目“超分辨光刻裝備研制”29日通過驗收。據(jù)悉,該光刻機由中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所研制,光刻分辨力達到22納米,結(jié)合雙重曝光技術(shù)后,未來還可用于制造10納米級別的芯片。
也就是中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所的這個成果,直接將中國光刻機技術(shù)向前推進好幾代。
當(dāng)然,這個科研成果,距離完整實現(xiàn)量產(chǎn),還有好幾個關(guān)卡要過。
首先是光刻分辨力達到22納米只是一次極限測試,屬于單次曝光,還制造不了芯片。
其次是,能夠?qū)嶒炇抑圃煨酒€要實現(xiàn)量產(chǎn),這又是一個關(guān)卡。
但總的來說,已經(jīng)有了“光刻分辨力達到22納米”,那么距離成型機,已經(jīng)沒有那么遙遠(yuǎn)了。
更重要的是,目前的紫外線光刻技術(shù),在7nm的芯片出來之后,已經(jīng)需要一個新的工藝突破。就像當(dāng)年從液浸式到 EUV的技術(shù)飛躍一般。
而中科院這個項目,走了另外一條道路。拿一塊金屬片和非金屬片親密接觸,界面上有一些亂蹦的電子;光投影在金屬上,這些電子就有序地震蕩,產(chǎn)生波長幾十納米的電磁波,可用來光刻。這叫表面等離子體光刻。
這條道路的優(yōu)勢是未來的成本可以低于目前主流的技術(shù),極限可能高于未來的主流技術(shù),在原理上突破分辨力衍射極限,建立了一條高分辨、大面積的納米光刻裝備研發(fā)新路線,繞過國外相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)壁壘。
也就是,中科院光電技術(shù)研究所的這條技術(shù)路徑,是非常有價值的一次技術(shù)突破,或者技術(shù)發(fā)現(xiàn)。有可能讓中國的光刻機實現(xiàn)彎道超車,而不是在現(xiàn)在主流的工藝道路上亦步亦趨。
光刻機是芯片生產(chǎn)中不可少的關(guān)鍵設(shè)備,而且光刻機的技術(shù)門檻極高,整個設(shè)備的不同部位采用了世界上最先進的技術(shù),德國的光學(xué)設(shè)備、美國的計量設(shè)備等,可以說是“集人類智慧大成的產(chǎn)物”。
最先進的光刻機全球最先進的EUV光刻機全球只有荷蘭的ASML生產(chǎn),占據(jù)了光刻機市場高達80%的市場。Intel、臺積電、三星的光刻機都來自于與ASML。
最頂尖的光刻機不是荷蘭一個公司制造的,集合了許多國家最先進技術(shù)的技術(shù)支持,可以說是多個國家國家共同努力的結(jié)果,比如德國的光學(xué)鏡頭、美國的計量設(shè)備等。ASML將這些來自不同國家的3萬多個配件,分為13個系統(tǒng),需要將誤差分散到13個系統(tǒng),如果德國的光學(xué)設(shè)備做的不準(zhǔn)、美國的光源不準(zhǔn),那么ASML瞬間就是失去了精神。
相較于荷蘭、德國、美國等這些國家,我國的芯片制造以及超精密度機械制造方面不具有優(yōu)勢。再加上《瓦森納協(xié)定》的技術(shù)封鎖,因此,在高端光刻機領(lǐng)域,我國可以收仍然是空白。
我國的光刻機技術(shù)上海微電子裝備有限公司(SMEE)是我國國內(nèi)唯一能夠做光刻機的企業(yè)。上海微電已經(jīng)量產(chǎn)的光刻機中,性能最好的是SSA600/200工藝,能夠達到90nm的制程工藝,相當(dāng)于2004年奔四CPU的水平。因此,國內(nèi)晶圓廠所需要的高端光刻機完全依賴進口。
目前,最先進的光刻機是ASML的極紫外光刻(EUV),用于7nm、5nm光刻技術(shù),對于EUV光刻關(guān)鍵技術(shù),國外進行了嚴(yán)重的技術(shù)封鎖。我國在2017年,多個科研單位合作經(jīng)過7年的潛心鉆研,突破了EUV關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)相關(guān)資料披露,計劃2030年實現(xiàn)EUV光刻機國產(chǎn)化。
總之,在高端光刻機領(lǐng)域,我國的技術(shù)仍然比較薄弱。目前,中芯國際已經(jīng)從ASML成功訂購了一臺7nm制程的EUV光刻機,希望能夠在高端芯片制造領(lǐng)域能夠找到“備胎”。
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