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光刻机差距明显 文宣要实事求是

铁流 · 2020-09-01 · 来源:铁君公众号
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  此前,媒体报道福建安芯半导体已实现国产光刻机已成功出货,国产化率达到了70%。在光刻机高度依赖ASML等外商的情况下,福建安芯半导体如果真能实现70%国产化率,那绝对是大功一件。

  铁流查了一下发现安芯半导体其实是做二手光刻机翻新改造的,因此,这则新闻没准有一定水分,比如这个出货的光刻机到底是前道光刻机还是后道光刻机没说清楚,也没说清楚这个光刻机是用于芯片制造还是用于液晶面板制造。至于70%国产化率,新闻稿里也没有进一步说明。当下,本土光刻机与ASML还是存在很大差距的,这种含糊其辞,略带些诱导和打鸡血的新闻报道并不可取。

  中外光刻机差距巨大

  光刻机被称为人类最精密复杂的机器,业界将其誉为集成电路产业皇冠上的明珠,研发的技术门槛和资金门槛非常高。也正是因此,能生产高端光刻机的厂商非常少,到最先进的5/7nm光刻机就只剩下ASML,日本佳能和尼康已经基本放弃EUV光刻机的研发。

  目前,光刻机领域的龙头老大是荷兰ASML,并已经占据了高达80%的市场份额,垄断了高端光刻机市场。ASML最先进的EUV光刻机售价曾高达1亿美元一台,且全球仅仅ASML能够生产。Intel、台积电、三星都曾经是它的股东,Intel、三星的高端光刻机都是买自ASML,格罗方德、联电以及中芯国际等晶圆厂的光刻机主要也是来自ASML。

  相比之下,国内光刻机厂商则显得寒酸,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。这不仅使国内晶圆厂要耗费巨资购买设备,对产业发展和自主技术的成长也带来很大不利影响——ASML在向国内晶圆厂出售光刻机时有限制性条款。

  光源、物镜目前还无法完全摆脱进口依赖

  光源是光刻机的核心部件之一。在光刻机改进中,所使用的光源也不断改进发展:

  第一代是436nm g-line。

  第二代是365nm i-line。

  第三代是248nm KrF。

  第四代是193nm ArF。

  最新的是13.5nm EUV。

  目前,在集成电路产业使用的中高端光刻机采用的是193nmArF光源和13.5nmEUV光源。

  193nmArF也被称为申紫外光源。使用193nmArF光源的干法光刻机,其光刻工艺节点可达45nm,采用浸没式光刻、光学邻近效应矫正等技术后,其极限光刻工艺节点可达28nm。

  浸没式光刻是指在物镜和硅片之间增加一层特殊的液体,由于液体的折射率比空气的折射率高,因此成像精度更高。因此,也就有了浸没式光刻的叫法。

  而当工艺尺寸缩小到22nm时,则必须采用辅助的两次图形曝光技术。然而使用两次图形曝光,会带来两大问题:一个是光刻加掩模的成本迅速上升,另一个是工艺的循环周期延长。因而,在22nm的工艺节点,光刻机处于EUV与ArF两种光源共存的状态。

  对于使用液浸式光刻+多次图形曝光的ArF光刻机,工艺节点的极限是10nm,之后将很难持续。EUV光刻机,则有可能使工艺制程继续延伸到5nm。

  局部有亮点

  虽然总体差距很大,但在局部,国内还是有亮点的。

  在双工台方面,国内取得了突破。过去,光刻机只有一个工作台,所有流程都在一个工作台上完成。双工件台系统的出现,使得光刻机能够在不改变初始速度和加速度的条件下,当一个工作台在进行曝光工作的同时,另外一个工作台可以同时进行曝光之前的预对准工作,使得光刻机的生产效率提高大约 35%。ASML 的 TWINSCAN NXE3300B 型光刻机,分辨率小于 22nm,生产效率可以达到 125片/小时。

  虽然看起来仅仅是加一个工作台,但技术难度却不容小觑——对换台的速度和精度有非常高的要求,如果换台速度慢,则影响光刻机工作效率;如果换台精度不够,则可能因此而影响了后续扫描光刻等步骤的正常开展。

  现今技术成熟的双工件台系统主要是导轨式,驱动方式主要分为气浮驱动和磁悬浮驱动。目前,ASML公司已成功研发了磁悬浮工件台系统,使得系统能够忽略摩擦系数和阻尼系数,其加工速度和精度是机械式和气浮式工件台所无法比拟的。

  不仅如此,ASML 公司基于磁悬浮工件台的基础,研发了无导轨式的平面编码磁悬浮工件台系统,通过平面编码器对工作台进行精确定位,进一步提升了精度。此前,国内α光刻样机的双工件台系统取得突破,采用导轨式磁悬浮系统,关键技术指标已达到国际同类光刻机双工件台水平。

  中国在激光技术上颇有成就,国内有的单位用汞灯做光源,还由单位研发出了独一无二的固态深紫外光源,但目前,固态深紫外光源还并未用于光刻机制造,在光源上还无法彻底摆脱进口。此前,成都光机所的国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收,SP光刻机采用汞灯(365nm i-line)做光源,光刻分辨力达到22nm,结合多重曝光技术后,可用于制造制程小于10nm的芯片。就技术路线来说,SP光刻机另辟蹊径,没有采用国外主流方案,走出一条自己的路。不过,SP光刻机只能加工小尺寸芯片,只能加工特殊领域芯片,不适合商用,无法替换ASML的光刻机。

  稳扎稳打 真抓实干

  当下,在半导体领域中外差距是比较明显的,需要较长的时间去追赶,媒体和企业在报道中应当说真话,不能搞打鸡血报道煽动民粹,不能把爱国当生意做,不能把爱国百姓当韭菜收割。企业和媒体不要动辄“2年会战搞定5nm生产线”,或是搞一个具有诱导性的话术。还是应该求真务实,实事求是,稳扎稳打,真抓实干。

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