中國自己研製光刻機的前景如何?

小維我在


先看了下面諸君的高論,有一派認為,中國追趕甚至超越荷蘭的光刻機公司幾乎無望。

我不是這個領域的專家,但是總可以從宏觀上發別一些看法。

簡言之,我不贊成說中國在光刻機領域趕超荷蘭無望的觀點。就算這東西再難,技術壁壘再難以克服,畢竟荷蘭人是做到了的,我們差什麼?是我們智力不夠?生產成本?關鍵技術,關鍵設備?我覺得這裡沒有一項是不可以克服的。

既然這是一項AI技術路上的一個攔路虎,我們就必須攻克這個難關,不用管多難,也必須做。


姜冠亭


全世界比我們先進的技術和裝備太多了,可能四面出擊,都超越嗎?

實際上多數沒有必要,也不可能,也不會那樣做!

第五代光刻機只有ASML於2011年開發成功,昔日的冠軍隊尼康和佳能都被甩下,按理說他們才該奮起直追,但實際上是放棄。

第五代光刻機的關鍵是採用EUV作為光源,因為它的波長只有13.5nm。由此導致的問題一大堆,比如,光束既不能通過光學透鏡,也不能通過空氣,當然還有曝光工藝問題以及高速數控伺服系統等一系列難題需要克服。蔡司造出合乎要求的反射鏡,目前也是唯一能造出這種反射鏡的公司。關於反射鏡,還有專利保護。

還有,ASML為了鞏固其壟斷地位,原則上光刻機願意出售給任何客戶,價格也是合情合理,既可以多賺錢,而且可以通過價格窒息競爭對手。不僅如此,ASML擁有7000位科研人員組成的研發隊伍,每年都會推出改進型產品。

在這樣一個情況下,如果組織幾萬人上千家供應商來研發第五代光刻機,是否划算?即使十年以後研發出來了,ASML的第六代光刻機可能已經誕生,即我們又落後了。

如果我們真的要在光刻機領域領先世界,倒不如直接研發第六代光刻機,以波長更短的光作為光源,跨過第五代,強行超車。

估計尼康和佳能正在這麼做!


深藍ME


中國研製世界一流光刻機,前景光明,但是困難還是不少。目前世界一流光刻機的產品,及零部件,分別出自於美國、荷蘭、日本以及韓國。而最後完成組裝,卻在荷蘭,別國無能力裝配。如果把這四國的零部件,都賣給中國,依靠目前中國的科技水平,也無法進行組裝成功。這是難度一,難度二,這四國其中任何一家的零部件的製造,難度是大的,困難是多的。但是,儘管如此,要不了三五年,中國一定很快製造出世界一流刻光機,這是因為,我國的工業,已經形成各種獨立的體系,有著龐大的聯合體。因此,造航母、造大飛機、造大軍艦,其速度驚人,日新月異!


康3446


一、目前和世界頂尖水平的差距至少在10年以上

首先和大家說說目前中國的光刻機和世界頂尖的水平的差距,至少在10年以來,為何這以說?國內最先進的量產的光刻機節點是90nm,即用於90nm芯片的生產。

但全球最頂尖的ASML生產的光刻機可用於7nm/5nm的生產,ASML10多年前就已經生產90nm芯片生產的光刻機了,所以說10年的差距肯定是有的。


二、制約國內光刻機發展的原因是什麼?

那麼制約國內光刻機發展的原因是什麼?說起來有三個方面

1、技術和設備的封鎖,光刻機其實由很多的元件組成的,最核心的是光源,還有就是技術,這些技術和設備之前並不能隨意出口到中國來的,是有限制的。

2、人才的缺少,如果說光刻機的無件和技術是基礎,那麼人才是至關重要的,光刻機對人才的需求更重要,因為光刻機元件或能買到,但怎麼將其組裝到最好,非常難,用ASML的說法,沒有幾十年積累,給你圖紙,你都做不出精度高的光刻機出來。

3、國內芯片製造廠商技術落後,這要怎麼說呢?任何一家光刻機廠商都不是閉門造車的,而是和芯片廠商一起合作,訂製對方需要的光刻機,並不斷改進。國內芯片製造水平本來就差,這樣沒有強強聯手帶來的好的一方面,只有弱弱聯手帶來的弱的一方面。


三、未來國產光刻機會得到怎麼樣的發展?

當然,光刻機這麼重要的東西,國內肯定是要發展的,畢竟中國是芯片需求大國,中國芯在崛起,光刻機就必不可少。

但從目前的情況來看,如果按照當前的演進技術路線,要追上ASML非常難,但也有可能當物理進程到3nm或之下時,會有另外的更好的技術出現,這時候可能國產光刻機的機會就來了。

但如果一直在目前這種技術下,要追上ASML是非常難的,對方早已一騎絕塵了,不過再也得追,不說追上,不落後太多也一樣有意義。


互聯網亂侃秀


半導體制造工藝複雜,製造一顆芯片要經過很多的工序,每一個工序都有核心的技術,光刻也是其中之一,光刻機是半導體產業中重要的設備。芯片製造可以用點石成金來形容,從最初的硅晶片到芯片價值可以翻12倍。當原材料加工成晶圓後,將感光材料覆蓋在晶圓上,利用光刻機光線的反射將複雜的電路圖複製到感光材料上,再用刻蝕機將暴露出來多餘的硅片刻蝕掉。經過離子注入其它複雜的工藝便有了半導體的特性,最後進行測試,分割,封裝完成成品芯片。這些流程中,光刻機起到了很重要的作用。

以便大家更直觀地瞭解光刻,我們再以日常生活中的常見事物為例:LED燈是節能環保的綠色能源,它正是利用光刻機加工出的微納結構(P、N結)實現發光;電視、手機、電腦之所以能夠顯示各種圖像,是源於光刻機在面板內部加工出每個像素對應的多種微納結構;計算機更是光刻技術的集中體現,CPU、內存、主板、顯卡等都是光刻加工的產物,正是得益於光刻機技術的進步(最小加工尺寸減小),使得我們的CPU越來越快、內存越來越大;汽車之所以知道空調溫度、安全帶是否繫緊、車門是否關好、當前車速、油量等等信息,正是源於利用光刻技術所加工的各種微型傳感器;機器人之所以能夠完成各種複雜動作,也是利用光刻機所加工的各種控制芯片、傳感器,實現運動控制;利用光刻機加工的納米微針,能夠實現無痛注射,減輕病人痛苦……光刻機的應用在現代生活中不勝枚舉。

作為製造芯片的核心裝備,光刻機一直是中國的技術弱項,其技術水平嚴重製約著中國芯片技術的發展。荷蘭ASML公司的光刻機設備處於世界先進水平,日本光刻設備大廠(如佳能和尼康)都逐漸被邊緣化,國內更是還有很大的差距,目前光刻機設備82%的市場都被荷蘭ASML公司壟斷,最先進7nm、5nm工藝的光刻機設備也只有ASML公司製造,我國也有在研發生產光刻機,但技術水平還比較落後,無法滿足現代芯片工藝要求。

光刻機的中外發展史對比

中國的光刻機研製在70年代後期起步,初期型號為接觸式或接近式光刻機,85年完成第一臺分步光刻機,此後技術一直在推進。

1977年,我國最早的光刻機GK-3型半自動光刻機誕生,JKG-3型光刻機是當時國內較先進的製造中大規模集成電路的光刻設備,這是一臺接觸式光刻機。(吳先升.φ75毫米圓片半自動光刻機[J].半導體設備,1979(04):24-28.)

JKG-3型光刻機

1978年,1445所在GK-3的基礎上開發了GK-4,把加工圓片直徑從50毫米提高到75毫米,自動化程度有所提高,但同樣是接觸式光刻機。

同期,中科院半導體所開始研製JK-1型半自動接近式光刻機,於1981年研製成功兩臺樣機。

而美國在20世紀50年代就已經擁有了接觸式光刻機,期間相差了二十幾年。此時的光刻機巨頭ASML還沒有出現(1984年,ASML才誕生),日本的尼康和佳能已於60年代末開始進入這個領域。

1979年,機電部45所開展了分步光刻機的研製,對標的是美國的4800DSW。1985年,研製出了樣機,通過電子部技術鑑定,認為達到4800DSW的水平。如果資料沒有錯誤,這應當是中國第一臺分步投影式光刻機,採用的是436納米G線光源(周得時.為研製我國自己的分步光刻機(DSW)而拼搏[J].電子工業專用設備,1991(03):30-38.)。按照這個時間節點算,中國在分步光刻機上與國外的差距不超過7年(美國是1978年)。

1990年3月,中科院光電所研製的IOE1010G直接分步重複投影光刻機樣機通過評議,工作分辨率1.25微米,主要技術指標接受美國GCA8000型的水平,相當於國外80年代中期水平。

國家在2000年前後啟動了193納米ArF光刻機項目。而ASML已經開始EUV光刻機的研發工作,並於2010年研發出第一臺EUV原型機,由三星、臺積電、英特爾共同入股推動研發。這足足落後ASML 20多年。

中國目前能生產光刻機的廠家及技術現狀

1、上海微電子裝備有限公司

上海微電成立於2002年3月,鄰近國家集成電路產業基地、國家半導體照明產業基地和國家863信息安全成果產業化(東部)基地等多個國家級基地。該公司自主研發的600系列光刻機,已經實現90nm的量產,目前正在研究65nm的工藝。 

上海微電子的封裝光刻機在市場上的佔有率就相當的高了,尤其在國內的市場上。其後道封裝光刻機已經可以滿足各類先進的封裝工藝,且具備向客戶批量供貨的能力,還出口到了國外。上海微電子的芯片後道封裝光刻機在國內的市佔率有80%,在全球的市佔率達40%。另外,該公司研製並用於LED製造的投影光刻機,在市場上的佔有率為20%。

2、中子科技集團公司第四十五研究所國電

中子科技集團公司第四十五研究所國電,隸屬於中國電子科技集團有限公司,其在CMP設備、溼化學處理設備、光刻設備、電子圖形印刷設備、材料加工設備和先進封裝設備等領域具有較強的優勢。目前,其光刻設備已經實現1500nm的量產。

3、合肥芯碩半導體有限公司

合肥芯碩半導體有限公司成立與2006年4月,是國內首家半導體直寫光刻設備製造商。該公司自主研發的ATD4000,已經實現最高200nm的量產。 

4、先騰光電科技有限公司

先騰光電成立於2013年4月,已經實現最高200nm的量產,在2014國際半導體設備及材料展覽會上,先騰光電亮出了完全自主知識產權的LED光刻機生產技術,震驚四座。

5、無錫影速半導體科技有限公司

無錫影速成立與2015年1月,影速公司是由中科院微電子研究所聯合業內資深技術團隊、產業基金共同發起成立的專業微電子裝備高科技企業。影速公司已成功研製用於半導體領域的激光直寫/製版光刻設備、國際首臺雙檯面高速激光直接成像連線設備(LDI),已經實現最高200nm的量產。

目前我國能生產光刻機的企業有上述5家,其中最先進的是上海微電子裝備有限公司,光刻機量產的芯片工藝是90納米。據業界傳言,上海微電子也已經在對65nm製程的前道光刻設備進行研製(目前正在進行整機考核)。光刻機技術到了90nm是一個很關鍵的臺階,設備製造商一旦邁過90nm的臺階,後面就很容易研製出65nm的光刻設備,之後再對65nm的設備進行升級,就可以研製出45nm的光刻機。有業者預估,上海微電子的光刻機設備有望在未來幾年內達到45nm的水平。

一臺“分辨力最高”真能打破國際壟斷局面?

在去年年底,11月29日,由中國科學院光電技術研究所承擔的超分辨光刻裝備項目在成都通過驗收,作為項目重要成果之一,中國科學家研製成功世界上首臺分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備,並形成一條全新的納米光學光刻工藝路線,具有完全自主知識產權。據介紹,該項目組經過近7年攻關,突破多項關鍵技術,完成國際上首臺分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備研製,單次曝光最高線寬分辨力達到22納米。22納米的光刻機可以刻出來10納米的芯片。因為紫外光最小十納米,所以說十納米以下都得用多重曝光。——“結合雙重曝光技術後,未來還可用於製造10納米級別的芯片”。

當時央視對此臺光刻機如此報道:

超分辨光刻裝備項目的順利實施,打破了國外在高端光刻裝備領域的壟斷,為納米光學加工提供了全新的解決途徑,也為新一代信息技術、新材料、生物醫療等先進戰略技術領域,基礎前沿和國防安全提供了核心技術保障。

項目副總設計師、中科院光電技術研究所研究員胡松介紹:“第一個首先表現於我們現在的水平和國際上已經可以達到持一致的水平。分辨率的指標實際上也是屬於國外禁運的一個指標,我們這項目出來之後對打破禁運有很大的幫助。”

“第二個如果國外禁運我們也不用怕,因為我們這個技術再走下去,我們認為可以有保證。在芯片未來發展、下一代光機電集成芯片或者我們說的廣義芯片(研製領域),有可能彎道超車走在更前面。”

然而,事實上真的如此嗎?連日本設備大廠都逐漸被邊緣化的光刻機技術,真的被“7 年”磨一劍的中科院光電追趕上了嗎?答案:肯定不是真的。

國際上首臺分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備的出現,並不意味著中國的芯片製造立刻就能突飛猛進。中科院光電所的這臺光刻機還有一定的侷限,據介紹,目前這個裝備已製備出一系列納米功能器件,包括大口徑薄膜鏡、超導納米線單光子探測器、切倫科夫輻射器件、生化傳感芯片、超表面成像器件等,驗證了該裝備納米功能器件加工能力,已達到實用化水平。

也就是說,目前該裝備主要適合生產製造一些光學等領域的器件。其工業之路仍有較長一段路要走。這臺“超分辨光刻”裝備只可應用在小批量、小視場(幾平方毫米)、工藝層少且套刻精度低、低成品率、小基片尺寸(4英寸以下)且產率低(每小時幾片)的一些特殊納米器件加工。但是在看到其線寬分辨率優勢的同時,同樣需要看到與主流商用的ArF浸沒式投影光刻機相比,其在視場、成品率、套刻精度及產率上的不同。所以其工業之路還比較坎坷。

有網友表示,以目前的技術能力,這臺設備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。所以,無法撼動ASML在IC製造領域分毫的地位。(摘自網絡)


與界


中國有光刻機制造公司,只是目前來說相對低端了一點,商用的目前是98nm的,而國際主流目前已經是14nm,7nm以上都屬於尖端科技了,目前我國中芯國際已經可以量產14nm,往上突破是遲早的事,未來能突破7nm技術,那麼基本屬於頂尖了,所以需不需要新的尖端機器已經不是那麼重要了


深商鋪住宅


我們要做就做最好的光刻機,並且一條龍貫通服務,不怕別人卡我們的脖子,打破整個壟斷環節格局,以我國的速度用不了5年便能實現彎道超車,走在世界的前列。當前我國的各個光刻機等一系列科研團隊,已經掌握了各個光刻機性能、步驟以及納米的各種科技應用和工藝。荷蘭、美國、德國、日本的壟斷局面在未來幾年中將被打破,那時,我們將真正跨入發達國家的行列。


陳健光1959


問中國自己研製光刻機前景景如何,中國是個十四億人的人口大國,可以說人手一部手機都不止了(有的電腦多臺.手機多多部),咱手裡就二部手機(二手的),誰家不用家電其它產品,大到軍工產品,小到兒童電子玩具,芯片電子產品的核心,不可惑缺的,關鍵咱中國是大家,人口多,需求多,淘汰的電子產品多。若人口小國受科技水平限制研發不了就罷了,可咱們不行,芯片與光刻機對咱們來說必須的要有,電子產品,芯片的需求市場的量太大太多,按消費量來說約佔約佔四分之一呀,更新換代也快,問中國自己研製光刻機前景如何,咱說不要問前景如何,因為芯片.光刻機對中國來說是必須要有的,咱們中國這麼大的市場拱手送人,授之以柄?中國崛起靠什麼?靠科技啦!關鍵技術中國必須要有,儘管芯片.光刻機研製困難重重,當然可招聘世界頂級人才參加研發。自己研製光刻機芯片的前景不說自明。


努力的小烏鳥


光刻機的原理很簡單但頂尖的光刻機工藝很複雜。需要日本壟斷塗的膠材料,德國壟斷的鏡頭,美國壟斷的等一系列部件。現在世界無任何一個國家可以單獨的製造高性能光刻機。低性能光刻機也只有中韓兩國有完整的產業鏈。現在日本的技術壟斷不擔心,很容易通過施壓取得。德國的鏡頭壟斷也可以很快替代。主要是美國。但從物理學角度講,進入納米級路就越來越窄。再無法跨越發展,而質子物理是完全不同的理論,所以中國完全可以在20年-30年的時間達到物理學的世界頂尖水平。


國之梁


我不看好,首先現在基於硅的傳統集成電路以及發展到了瓶頸,一旦精度到了3NM之下那電子就發發生量子隧穿效應讓半導體的特性失效。所以現在的光刻機實際上已經碰到天花板了,不過現在有人提出用金剛石之內的東西代替,但……應該沒啥人買得起,所以個人覺得與其一頭撞死還不如找找新的東西。


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