中國研製的世界首臺分辨力最高紫外超分辨光刻裝備和目前最先進的光刻機有什麼區別?

從小看海爾兄弟長大


光刻機大家都知道是集成芯片的主要生產設備,光刻機的重要性不言而喻,世界上能製造出最先進光刻機的國家只有荷蘭,而荷蘭的光刻機生產製造並不是自己一家完成的,而是由世界上十多個國家共同配合的結果,鏡頭和光源都是德國供應的,這也是光刻機最重要的部位之一。



光刻機的作用是在細小的硅片上面印上線路,現在最高的光刻機能做到7納米級別的精度,現在已經開始攻克了5納米的技術門檻,最先進的光刻機的先進程度根本沒的說,我們國內也在研發自己的光刻機,但是在水平上面我們離最先進的光刻機還有不小的差距,我們現在只能做到14納米的精度,離7納米還有不小的距離,更不用說更先進的5納米技術。


原因就在於我們受到了技術封鎖,現在我們的光刻機都是在別人淘汰的設備上面進行研究和研發獲得的技術,用這些技術加以改進,再加上自己根據這些技術做為研發的基礎,想通過這樣來突破技術上的限制,其實我們在光刻機上其他方面已經跟先進水平差不了多少,我們的缺點是在光源和鏡頭上的問題,無法做到最好。

鏡頭裡面最重要的是鏡片,鏡片的面平程度需要到一個誇張的程度,就好比把鏡片放大到兩百平方公里的面積,在這整個兩百平方公里的面積裡面,平面誤差不得超過五釐米,這個概念可以想象有多難,鏡片水平達不到也是限制我們光刻機進步的原因之一,鏡片的加工技術跟精密機床有直接的關係,所以說我們的精密機床達不到水平導致的結果。



再者就是光刻機的光源問題了,光刻機的光源穩定性的要求非常的高,光刻機光源有激光,紫外光,深紫外光,和極紫外光,現在最先進技術就是極紫外光,光源必須要穩定,而且高質量的提供製定的超長光束,光源的電源穩定性要高,功率也要足夠大,否則光源不穩定功率不夠。


光刻機還有一個重要的地方,那就是光刻機的移動臺也是需要高精度的,需要納米級別的誤差,這些就是我們面臨的技術難題,就在精密機床的加工上面,我們的精度達不到要求,所以在光刻機的難點上現在一直沒有辦法短時間內突破,現在我們的最先進光刻機在光源上做的已經非常不錯,並不比歐美的差。

就是在精密機床的精度加工上面,我們做不到納米級別的精度,所以在鏡片和移動臺上面做不到個位數納米級別的誤差,所以我們的光刻機沒辦法突破,當然如果在一些人嘴巴里面靠吹牛逼當然這些就不是問題了,目前我國最先進的超分辨率光刻機能做到22納米級別,離個位數還有不小的差距,不過未來突破是問題不大,只是目前還不行,還需要更多努力的時間。


無法超越的足跡


要想清楚瞭解兩者區別,我們先來分別看一下國內首臺超分辨率光刻機的一些特性,以及目前世界上最先進的ASML的NXE 3400B光刻機。

關於國產光刻設備,先看來看軍報的新聞報道

國產首臺超分辨率光刻設備11月29日通過驗收,這是我國成功研製出的世界首臺分辨力最高紫外超分辨光刻裝備。該光刻機由中國科學院光電技術研究所研製,光刻分辨力達到22納米,結合多重曝光技術後,可用於製造10納米級別的芯片。中科院理化技術研究所許祖彥院士等驗收組專家一致表示,該光刻機在365納米光源波長下,單次曝光最高線寬分辨力達到22納米。項目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新路線,繞過了國外相關知識產權壁壘。


目前已經量產出貨的最先進的光刻機,是來自荷蘭的ASML的NXE 3400B,該光刻機的光源使用的是激光等離子源產生的約13.5nm的極紫外波長。主要運用於7nm及5nm的芯片生產,目前已經有臺積電,三星,英特爾採購,國內中芯國際也花費超過1億美元購入一臺NXE3400B。

二者區別

1. 光刻技術基礎。

此次的國產光刻設備,採用的表面等離子體超分辨光刻,也就是surface plasma,我們也把其稱之為表面等離子超衍射光刻,這是最近十幾年興起的新技術。這種光刻的工作原理是入射光照射在透鏡表面的小探針上,從而激發產生plasma,產生波長非常短的等離子體,然後在光刻膠上刻出非常小的圖形。簡稱SP光刻。

而ASML商用的光刻機,NXT系列採用AiF, 將激光束經過一些列整形後,投射經過reticle,在投射到晶元硅片上。

2. 光刻的晶元尺寸不同。

國產首臺超分辨率光刻設備目前展示光刻晶元為4寸,該尺寸屬於較小類型,非主流的12寸或者8寸。而目前主流光刻機生產的硅片為12寸,或者8寸。

3. 對於此次的的國產光刻機,以目前的技術能力,只能做週期的線條和點陣,是無法制作複雜的IC需要的圖形的。更進一步,以光電所目前的實力,IC製造需要的超高精度對準技術,也是無法實現的。

而ASML的最先進機型,NXE3400B已經出貨。三星已經用EUV研發出7nm工藝,即將投入生產7nm芯片,每小時能光刻125片12寸硅片。

值得注意的是,國產首臺超分辨率光刻設備所採用的SP光刻,主要缺點就是聚焦的面積非常小,屬於接觸式光刻,易產生缺陷,且因是直寫式光刻,所以生產效率很低,適用於特殊應用,類似的應用範圍是光纖領域,5G天線,或者是如演示的用於科研領域的單光子探測器。這對於實驗室科研,軍工,有一定的意義,可以一定程度上替代現在的e beam光刻。另一方面,目前這個技術也具有圖形粗糙度糟糕的特點,圖像保真度非常低,只能作為技術驗證,不能作為真實生產,更不要說量產可能了。

ASML的光刻機,它的核心技術應該是在於精度的控制,在完美控制精度的同時,不斷提高光刻的效率,才能得以商業化。目前國產光刻機,最大的問題可能是這兩個:1. 對精度的控制僅能在4寸的晶元上,做線條和點陣。目前主流12寸晶元的精度控制控制可能還欠缺,無法對複雜的電路進行光刻,也是表現為精度控制不足。 2. 光刻效率。每小時能刻出多少片晶元呢?

如有未盡之言,或是錯誤,日後想起再補充以及更正。謝謝


孤獨的頭腦


簡單講幾句,主要的區別是實現原理以及是否能夠商業化。


實現原理上目前國際上使用「深紫外光源」的光刻機是主流,對於7nm以及更高的工藝,ASML最高端的光刻機用的是「極紫外光源」,也就是所謂的EUV光刻機。


這種光刻機有個最大的缺點:就是貴!它的成本極高,一個光源就要3000萬元人民幣,還必須要在真空下使用,以至於ASML的EUV光刻機創造了“一臺賣一億美金”的神話。


而國產光刻機採用的是傳統的365nm汞燈做光源達到了10nm的工藝,並且這種光源的成本一隻只有幾萬元,大大降低了光刻機的整體成本,從一億美金降到百萬元至千萬元級別。


國產光刻機在技術上最大的突破在於沒有重複走ASML的老路,而是另闢蹊徑,採用了表面等離子體(SP)光刻技術,形成了一條全新的納米光學光刻技術路線,並擁有完全自主知識產權。


但國產光刻機同時也存在短板,比如最大隻能加工4英寸的晶圓,而主流晶圓廠都是8寸、甚至是12寸起步了。而且國產光刻機採用的是接觸式光刻,一點點缺陷就會造成品質問題,所以只能做簡單的線、點、光柵等部件,目前還不能用於生產更為複雜的芯片。


所以目前中國的光刻機只能被用於軍事、研究等領域,還沒有形成和ASML競爭的商業化能力,但飯要一口一口吃,幾年之後說不定還真有可能彎道超車呢。



高挺觀點


一、可用於加工22nm的芯片

這臺設備是中國科學院光電技術研究所研製,按照說法光刻分辨力達到22納米,意思就是可以製造22nm的芯片。

另外還表示,如果結合多種曝光之後,可用於製造10納米級別的芯片。所以理論上來講,已經非常厲害了。

但問題是目前也沒聽說哪個芯片製造廠使用它,比如中芯國際目前還在等ASML的光刻機,而華虹半導體也沒大量使用,說明可能無法批量生產,或者只是在實驗室中的數據,或在用於實際生產時,還需要解決一些問題。

如果真的能夠大規模的商用,國內芯片企業,早就興奮得不得了了,再也不用看ASML的臉色了。



二、另外,目前中國光刻機在國際上是什麼水平?


如上圖,如果分成4個檔次的話,中國在最低檔,在這臺所謂的紫外超分辨光刻裝備之前,中國只能生產90nm芯片用的光刻機,屬於低檔產品。

而在此之上,還有中端,高端,超高端芯片,基本上都是ASML一家獨大,連日本cannon都還在90nm階段,所以一旦中國能夠生產10nm的光刻機,絕對是轟動的大事,但至今沒什麼浪花,可能還是有點懸的,你覺得呢?


互聯網亂侃秀


實現原理上目前國際上使用「深紫外光源」的光刻機是主流,對於7nm以及更高的工藝,ASML最高端的光刻機用的是「極紫外光源」,也就是所謂的EUV光刻機。

這種光刻機有個最大的缺點:就是貴!它的成本極高,一個光源就要3000萬元人民幣,還必須要在真空下使用,以至於ASML的EUV光刻機創造了“一臺賣一億美金”的神話。

而國產光刻機採用的是傳統的365nm汞燈做光源達到了10nm的工藝,並且這種光源的成本一隻只有幾萬元,大大降低了光刻機的整體成本,從一億美金降到百萬元至千萬元級別。

國產光刻機在技術上最大的突破在於沒有重複走ASML的老路,而是另闢蹊徑,採用了表面等離子體(SP)光刻技術,形成了一條全新的納米光學光刻技術路線,並擁有完全自主知識產權。

但國產光刻機同時也存在短板,比如最大隻能加工4英寸的晶圓,而主流晶圓廠都是8寸、甚至是12寸起步了。而且國產光刻機採用的是接觸式光刻,一點點缺陷就會造成品質問題,所以只能做簡單的線、點、光柵等部件,目前還不能用於生產更為複雜的芯片。

所以目前中國的光刻機只能被用於軍事、研究等領域,還沒有形成和ASML競爭的商業化能力,但飯要一口一口吃,幾年之後說不定還真有可能彎道超車呢。


將頓電池


中國人需要低調,不需要炫耀,炫耀本質上是缺乏自信的表現,科學講究的是實證,且不可沽名釣譽,要不務虛名地踏實鑽研,探索真理!


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