我冒昧的問一下,關於光刻機,中國需要哪些方面的突破?

有內容的人


回答這個問題,不如先看下當前中國光刻機的現狀(2018-2020);我國光刻機在不斷髮展但是與國際三巨頭尼康佳能(中高端光刻機市場已基本沒落)ASML(中高端市場近乎壟斷)比差距很大。

2018年光刻機制造商的銷售情況:

2018年ASML、Nikon、Canon三巨頭半導體用光刻機出貨374臺,較2017年的294臺增加80臺,增長27.21%。ASML、Nikon、Canon三巨頭光刻機總營收118.92億歐元,較2017年增長25.21%。從EUV、ArFi、ArF機型的出貨來看,全年共出貨134臺。其中ASML出貨120臺,佔有9成的市場。

2018年ASML光刻機出貨224臺,營收達82.76億歐元,較2017年成長35.74%。其中EUV光刻機營收達18.86億歐元,較2017年增加7.85億歐元。EUV光刻機出貨18臺,較2017年增加7臺;ArFi光刻機出貨86臺,較2017年增加10臺;ArF光刻機出貨16臺,較2017年增加2臺;KrF光刻機出貨78臺,增加7臺;i-line光刻機出貨26臺,和2017年持平。2018年單臺EUV平均售價1.04億歐元,較2017年單臺平均售價增長4%。而在2018年一季度和第四季的售價更是高達1.16億歐元。目前全球知名廠商包括英特爾Intel、三星Samsung、臺積電TSMC、SK海力士SK Hynix、聯電UMC、格芯GF、中芯國際SMIC、華虹宏力、華力微等等全球一線公司都是ASML的客戶。2018年中國已經進口多臺ArFi光刻機,包括長江存儲、華力微二期。

國際市場上傲視群雄的是荷蘭【ASML】

目前我國最有名的光刻機制造商為【上海微電子】

ASMl成功的原因有哪些呢?資本,技術,市場這些都是ASML成功的核心要素。製造光刻機的難點在於很多產品零部件都需要很高的精度與技術門檻,如果放到一個國家來研製的話,可能性極小。光刻機現在被分為前道光刻機和後道光刻機這兩種不同的方式,而真正具有難度的就是這個前道光刻機的製造技術,即便有圖紙也很難製造出來。光刻機的難度主要體現在底片的製造,是用塗滿光敏膠的硅片製作而成,這個工藝就非常的複雜,需要認為重複幾十遍才可以製造而成。還有就是光刻機的鏡頭,據說是使用蔡司的技術打造而成的,而且所需要的時間都是幾十年或者上百年才可以完成。這些還不是真正最難的部分,而真正最難的部分還是屬於光源系統的來源,這也被稱為整個光學工業中的明珠所在。研發過程是沒有什麼捷徑可走的,精度只能一步步提升。沒有一微米的基礎,就不可能造90納米的設備,沒有90納米的基礎,就不可能造45納米的設備。現在ASML的超高工藝精度,這個水平不是天上掉下來的,而是別人幾十年一步一步逐漸積累出來的。

ASML正在研發新一代EUV光刻機EXE:5000系列,最快會於2021年面世。現在ASML銷售的光刻機主要為NXE:3400B和改進型的NXE:3400C,結構上相似。差別在於NXE:3400C採用模塊化設計,將平均維護時間從48小時縮短到8-10小時;NXE:3400C的產量也從125WPH提升到了175WPH。這兩款EUV光刻機屬於第一代,物鏡系統的NA(數值孔徑)為0.33。EXE:5000系列EUV光刻機主要面向3nm時代,目前臺積電和三星的製程工藝路線圖已經到了3nm,要想讓技術儘快落地到實際,EXE:5000系列EUV光刻機的研發極為重要。不過最快可能也要於2023年或者2024年上市。

總結下,EUV技術實質上是通過提升技術成本來平衡工序成本和週期成本,EUV主要是從7nm開始,目前國內暫時沒有這項技術的應用,國內集成電路某些特定領域還較為落後,尚未達到支撐研發EUV技術的先進水平。EUV產業化過程中最大的挑戰主要來自於光源和持續生產率,除此之外,耗電量和曝光速度也還需要征服和挑戰!

儘管EUV現在還存在各種障礙,但是從長遠角度來看,中國持續發展EUV技術還是非常必要的!


雲小帆


謝謝您的問題。中國在雙工件臺、EUV曝光系統都需要突破。

光刻機的核心技術。 光刻機兩大核心技術分別是:雙工件臺、EUV曝光系統。中科院長春光機所研究EUV曝光系統,2002年造出國內第一套EUV光刻原理裝置,目前已經造出32納米芯片的EUV曝光系統,但是跟國際先進水平相差不小。此外,中國是第二個掌握雙工件臺技術的國家。荷蘭的ASML公司是全球光刻機老大,市場份額90%以上。


上海微電子是龍頭企業。國內光刻機的龍頭老大是上海微電子裝備有限公司,該公司從事半導體和高端智能裝備的製造、銷售,主營光刻設備。上海微電子於2002年成立,建設初期承擔了“十五”光刻機攻關項目。值得一提的是,上海微電子是國有控股企業,上海市國資委是最大股東,佔股32.09%。足見光刻機得到了國家重視,是舉國推進的重大技術專項。

上海微電子的技術進展。上海微電子的光刻機針對低端市場,已經量產90納米、110納米和280納米等三種光刻機,其中90nm光刻機最為成熟,是激光成像。目前正在研發65nm工藝光刻機,縮小與ASML的差距,國外已經做到十幾納米。上海微電子最好的光刻機,包含13個分系統,3萬個機械零件,全部要性能穩定。雙工件臺包括測量臺、曝光臺,上海微電子已經打破了國外的技術壟斷。此外還有激光器、光束矯正器、能量控制器、 遮光器、物鏡等,需要協同發展,不能有任何短板,這都是今後要努力的方向。其中,鏡片的技術和材質要求極高,要極為均勻。人不同,光潔度、均勻度有巨大差異。在國外公司,做鏡頭的往往是一家幾代人,就是為了經驗和技能的傳承。光刻機是政策、技術、人才的綜合競爭。


歡迎關注,批評指正。


追科技的風箏


光刻機的發展是摩爾定律延續的基礎,光刻機就是芯片製造的核心設備,光刻機的更新換代和芯片工藝息息相關。從40nm到28nm、14nm甚至3nm等工藝,其實主要的因素就是光刻機。中國最大的芯片代工企業是中芯國際,當前主要量產的芯片還是28nm的。比臺積電相差甚多。而且AMSL的高精最新一代的光刻機屬於限制出口和供不應求的產品,中國廠商有錢想買都買不到。

光刻機的技術是高精專中的頂級,一套系統也是複雜,是光學與精加工的典範。組件大都專業定製,蔡司鏡頭、光源、數控系統等。而且光刻工藝要經歷硅片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、後烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序。每個工序的高質量和精密度才能保證設備先進性。

中國需要突破高端光刻機的技術主要在於高精基礎工業的發展,能鍛造更高規格的零部件,紫外線和光學研究能更加前沿。配合的控制系統和軟件也能自主研發。總而言之需要突破的點還是很多的。而且光刻機的研發投入巨大,需要實際經驗的積累。如果集合中國最先進的企業在一起,最牛的光學、機械等學科教授,應該能發展得更快。我也期待中國光刻機能更早的走向高端自主化。

以上都是個人愚見,歡迎各位交流。


極客微棟


目前很多人都知道光刻機在芯片製造過種非常重要,甚至如果從工藝來看,光刻過程佔所有制造過程的40%左右的工時,所以特別特別重要。

但目前ASML的光刻機能生產5nm的芯片,我們僅能生產90nm工藝的光刻機,那麼這中間的難度究竟在哪裡?

一、光刻機的核心技術是什麼?

為了好好的回答這個問題,我們可能需要從光刻機的原理和工作過程說起。

簡單的來講,光刻機的原理其實就是放大的單反,光刻機就是將光罩上的設計好的集成電路圖形通過光線投到塗了光刻膠的硅晶圓上,這樣硅晶圓上就會有電路圖了,其中最核心的就是光源、鏡頭。

但上前面也說了,光刻機的作用是用光在硅晶圓上刻畫出電路線,而由於芯片是非常精密的東西,芯片工藝甚至用nm來度量,再加上芯片要刻的不只是一層電路,有些甚至幾十層電路。

所以如何保證刻得準,另外多次刻時沒有偏差,這裡有兩個指標,就是分辨率和套刻精分辨率是指光刻機應用於的工藝節點水平。而套刻精度就是多次刻錄時彼此圖形的對準精度,如果對準的偏差過大,就會直接影響產品的良率。

二、差距在哪裡?

好了,看到這裡基本大家就明白了,在有光源、鏡頭的情況下,怎麼將光刻機的分辨率提升上去,將套刻精度提升上去,光刻機就是一臺好的光刻機。

其中光源、鏡頭ASML也不生產,是採購的,尤其鏡頭主要是日本廠商提供的。但分辨率、套刻精度,則是ASML要搞定的。

這就涉及到組裝水平了,同時需要和芯片製造工藝不斷的磨感,生產出對方需要的,滿足對方需求的光刻機,而不是封門造車。

據網上的說法,ASML曾說公開圖紙,別人也造不出高端光刻機,就是因為別人用同樣的元件,也達不到它的分辨率精度和套刻精度,這就是最基本的差距,國內經驗不足,人才少,就算給同樣的元件,也搞不定光刻機。


互聯網亂侃秀


原理中國當然掌握,中國90nm已經到2004年水平。要想達到荷蘭光刻機水平,第一是光學技術,荷蘭自己本身都沒有這個水平,是拉德國蔡司入夥,是世界目前最頂級的光學水平,勝小日本一頭。如果能達到水平,間諜衛星和相機📷鏡頭一定是世界一流。第二是光源,這個中國差距應該最小。第三精密加工,包括精密數控,中國目前是二流水平,這個也是德國和小日本水平一流。因為上述部件對中國都是禁運,所以中國沒法象C919那樣攢零件。而且注意到了嗎,光學和精密加工日本技術都是一流,沒錯,日本的光刻機也是一流的,排在荷蘭後面,但是,這個比賽只有第一才能獲獎,臺積電、韓國三星都是荷蘭光刻機股東,中芯國際也是用荷蘭產品,而且,中俄禁運日本也不能賣,所以,報導說日本已經不開發7nm的光刻機了,沒有認真核實,


紫水晶9795


目前第五代光刻機只有ASML公司研發出來了,合計花費11年時間,其他競爭對手目前還未成功。

第五代光刻機是採用波長更短的(13.5nm)EUV作為光源,由於波長短,便於提高芯片的集成度。由於EUV經過光學透鏡或空氣會被嚴重衰減,因此既不能採用光學透鏡也不能穿過空氣。再加上高精度、高速度、高穩定性的套印定位系統(關乎生產率),第五代光刻機的技術含量還是蠻高的。

難點:

1,極紫外線(EUV)發生;

2,反射鏡的設計與製作;

3,機器在真空條件下工作;

4,納米級重複定位精度;

5,高速機械伺服系統;

6,全自動化生產能力(綜合);

7,穩定、可靠、高生產率和合格率。

由於光源改變了,整個光刻機等於推倒重來,處處都是攻關,都是用原創專利、原創的設計、工藝和裝備堆砌而成。全世界大大小小几千家供應商參與攻關。

以反射鏡為例,目前只有蔡司可以生產合乎要求的產品。

再比如說晶圓的重複定位精度,別說要高速度定位,即使就是低速條件下,這麼高的重複定位精度也不容易達到。

再說在真空條件下工作,潤滑油也不能使用,那麼多機械運動環節,由真空帶來的問題個個都要攻關。

第五代光刻機原則上敞開供應給全世界,這樣其競爭對手沒有理由繼續研發。其實重新研發也不划算,不僅是天價的費用,關鍵是時間。第五代光刻機誕生於2011年,已經過去九年了,等到若干年你研發出來了怕是又落後了,因為ASML的光刻機可能又升級了,採用更短波長的光源。

研發第五代光刻機難度較大,況且有很多專利壁壘難以逾越,如果違反了又不成功,ASML又因違約而拒售,中斷現有光刻機的售後和配件,甚至程序上鎖死系統,那麻煩就大了。


深藍ME


光刻機是當前世界上最為複雜的設備之一,被稱為現代光學工業之花,全球範圍內僅有ASML、日系(尼康/佳能)、上海微電子等少數廠商能製造,而我國在這個領域始終處於低端位置,想要完成突破追趕上領頭羊還需要很長一段時間,那麼如題主所說我們需要在哪些方面發力才能取得突破呢?

1、系統製造商自身實力需要突破

所謂系統製造商也就是光刻機整機的製造廠商,也就是大家熟知的ASML、尼康、佳能等廠商,對應於我國而言就是上海微電子。

一臺光刻機涉及幾萬的設備,需要系統製造商將這些配件完美組合起來,然後充分發揮他們的性能從而實現高端工藝製造。目前上海微電子僅能量產90nm工藝的光刻機,65nm工藝已經攻關結束在進入驗證階段,未來如果進展順利的話可有可能攻克45nm,乃至28nm工藝。

不要以為系統製造商的活很好乾,將所有配件組合成為一臺合格的光刻機並不容易,只要任何一個配件出差錯就可能無法正常運轉,同時還得和各供應商有著良好的互動。

2、核心組件上需要更快的突破

上海微電子從2002年成立至今已有18年的時間,但是在光刻機的研發上仍舊和高端光刻機有很大的差距,可以說整體發展較慢。但是這裡面的核心問題是在於光刻機的核心配件達不到要求,或者說跟不上發展。

光刻機使用很多元器件屬於被封禁的產品,因此只能使用國產配件,但是國產配件並不能完全符合要求。就拿現在來說,核心的光源我們只能實現45nm的小批量生產,工作臺精度也僅僅達到28nm。想要生產類似ASML這樣的高端光刻機,這些相關配件我們還得有提升。

前面提到光刻機是現代光學工業之花,可見整個光刻機就是基於光學系統而來,現在的光刻機有兩大子系統:光學系統和對準系統,這兩個系統目前已經達到了科技和工程的極致,比如ASML使用的蔡司鏡頭,人家是幾代人純手工製作,而在國內這幾乎不可想象。

3、對於上下游企業需要一定掌控

在對供應鏈的安全上我國企業也需要有一定的掌控,光刻機涉及的配件太多,部分核心配件要取得核心掌控權,這樣才能保證自己整個體系的安全。

就拿ASML來說,它對於一些能提供核心技術的配件廠商都不僅僅是單純合作關係,重要的不惜直接收購或者投資,比如ASML光刻機中最重要的合作伙伴蔡司,ASML直接收購了其24.5%股權,同時還直接收購了業內領先的準分子激光源供應商Cymer,這些都充分保證了ASML自己供應鏈的安全,也保證了它在這個領域內的霸主地位。

如果我國想要取得突破,對於上下游企業的掌控也是不可忽視的,否則很容易由於其他一些意外因素導致自己整個產業發生問題。

Lscssh科技官觀點:

綜合而言,光刻機的研發生產是一項系統工程,並非簡單的靠一家企業就能打天下,你需要將諸多核心廠商整合在一起,合力研發出高水平的光刻機。因此,我國的光刻機想要向高端領域突破,就不僅僅是上海微電子一家的事情,核心的配套廠商都需要努力,在紫外光源,光學鏡片,工作臺等等子領域實現突破才行。



Lscssh科技官


我是喜馬丑牛,我來試著回答。

光刻機是集成電路製造的關鍵核心設備,製造和維護需要高度的光學和電子以及機械工業基礎,世界上只有少數幾個國家可以掌握。

這個領域的頂尖玩家數量很少,包括荷蘭ASML,日本NIKON和CANON等,幾乎上把控了整個高端的光刻機市場。

光刻機制造的難點在於:

1.光學器件。極高精度和極高穩定度的光學器件是光刻機的核心部件,世界上只有少數幾家如蔡司等有能力製造,這些企業有相關專利的保護。

2.電子系統以及各種高精度傳感控制系統。這一領域是工業的眼睛和神經,不僅是光刻機,幾乎整個工業領域都被西方品牌控制,高精尖的傳感控制系統很難在短期內有大的突破。

3.精密製造。材料以及加工工藝的精度,基礎工業原件如軸承等的穩定性和精度等都將決定光刻機整體的精度和穩定性。

以上領域的突破不是一天兩天的事,也不是空喊口號就可以解決的,需要全社會沉靜下來,踏踏實實發展基礎科學和工業才有可能在將來的某一天製造出屬於我們自己的高精度光刻機。同時,相關專利也會是我們發展高端光刻機的制約,這一塊也需要相關學科做系統的研發和準備。


喜馬丑牛


ASML在荷蘭,但最大持股人是米國,股東有臺灣的臺積電和三星等…將一堆沙子變成集成度這麼高的芯片,才使得現在的手提電腦,智能手機等變得這麼輕薄,這是人類智慧結晶的最高殿堂級產品,不是有錢就能買的,此公司產品也只賣股東,現在7納米的晶體管已量產,5納米和3納米的正在研發,估計也很快量產,但國產的水平應該在20納米左右,差距不是一隻半點,我們需要的不僅僅是彎道超車,而可以匯聚更多的頂尖人才變道超車,阿里巴巴馬雲組建的達摩院就是以此為方向的一個科研機構。很多技術我們既然落後太多,與其花精力去追趕,還不如換個思路進行變道反超,從不同的方向找到一個可以取代它的產品就行了,能夠找到可以取代它的技術,那米國再牛逼的技術,也將變得一文不值。就像汽油發動機取代蒸汽機,電車競爭油車一樣。


黔川秀水


梁夢松所在的中芯國際據說有了N+1技術,不用光刻機也可以做類似7納米的芯片。科學技術是第一生產力,而人是科學技術的載體,人才太重要了!大挖特挖使勁挖!


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