中国目前光刻机处于怎样的水平?

img src=”https://p1.toutiaoimg.com/large/2e94b0000e31b73fb59c2.jpg”>对于光刻机来说,目前世界的老大是荷兰的ASML,而且基本处于垄断地位,高端市场只此一家,于是很大人就想当然的认为,光刻机技术含量太高,别人做不了,只有ASML能做,这种说法有一定的道理,但并非其他国家就做不了,主要没人去做高端市场还是因为没有市场的问题限制了!

光刻机所需要的核心部件都是全球顶级厂商提供,这些部件很多我们国内水平是达不到的。例如光刻机的镜头,是由德国的蔡司公司提供,需要经过几十年甚至上百年的技术积累沉淀。

这种机器都安装了各种保护,高精度的电子陀螺仪,一旦机器出现移动以及有拆解动作就会远程自动锁机。想要解锁只能去找厂商人员进行解决,也需要重新调试。

就在上周四新华社发文称,国家重大科研装备研制项目——“超分辨光刻装备研制”在成都成功通过专家组验收。报道称该设备是世界上首台用紫外光源实现了22纳米分辨率的光刻机。笔者也有幸去了中科院光电所旁听此次验收会,写了报道,还算熟悉,无法苟同一些漫无边际的瞎扯。

可是,我国在这方面却受到了制约,不仅仅ASML不向我国出售光刻机,就算中芯订购了一台,可是“大火”似乎会让这台机器延期!更为主要的是:美国为首的国家制定的《瓦森纳协定》,时刻对我们有影响!

这种水平的差异是不是很无奈!可是,这是没有办法的事情,ASML它就是这么强?它为什么这么厉害?!

光刻机是制造微机电、光电、二极体大规模集成电路的关键设备。光刻机可以分钟两种,分别是模板和图样大小一致的contact aligner,曝光时模板紧贴芯片;第二是类似投影机原理的stepper,获得比模板更小的曝光图样。

关于这个90nm和5nm水平,大部分是混淆了两个机器,虽然这两个机器名字只有一字之差,但是它所代表的意义就大不相同。

相信待以时日,我们也一定会拥有完全自主产权的顶级光刻机。用它来制造在5G时代、工业互联网时代所需要的各类高端芯片。

其实这是一个非常愚蠢至极想法,它不仅仅影响的我们国家的国际影响,也让其它国家不再敢和我们进行合作。

路要一步一步走,中国16个重大专项中的02专项提出光刻机到2020年出22纳米的。目前主流的是45纳米,而32纳米和28纳米的都需要深紫外光刻机上面改进升级。

光刻是最重要的制造芯片工艺技术;光源是光刻机的核心、光刻机首先取决于光源的波长;镜头是核心部分。这三者技术先进程度、直接影响到芯片工艺和芯片性能。而这正是我国在光刻机制造技术上的弱项。

这里也要说一下,并不是90nm光刻机就什么也用不了。很多芯片仍旧需要它来进行加工,例如手机上的蓝牙芯片、射频芯片、功放芯片、电源管理芯片等,以及日常所用的路由器芯片、各种电器驱动芯片等需要用到这种光刻机。

二、我国光刻机发展起步较早,基础并不薄弱。

当今ASML的EUV光刻机已能用13.5nm极紫外光制程7nm、甚至5nm以下的芯片。而我国主要还是采用深紫外光的193nm制程工艺。如上海微电子装备公司(CMEE)制程90nm工艺的光刻机,相当于2004年奔腾四处理器的水平。

一、我国在光刻机制造行业里的位置。

生产我国光刻机,代表光刻机生产最高水平的是上海微电子的前道光刻机,目前可以生产90nm芯片,而正在研发65nm的芯片设计,这样的升级难度比从0到90nm低得多,所以预计很快就可以生产65nm和45nm的芯片了。

根据我国重大专项计划提出,在2020年实现22nm制程的光刻机。

一个晶圆可以制作出数十个集成电路,根据模版光刻机分为两种:模版和晶圆大小一样,模版不动。第二种是模版和集成电路大小一样,模版随光刻机聚焦部分移动。其中模版随光刻机移动的方式,模版相对曝光机中心位置不变,始终利用聚焦镜头中心部分能得到更高的精度。目前,这种方式是主流方式。因此,光刻机对于集成电路的生产非常重要。

我们看一张图,就知道我们和世界领先的光刻机,差在哪里了:

好消息是:经过近7年艰苦攻关,中国科学院光电技术研究所,使用365纳米波长的光即可生产22nm的工艺的芯片,并且通过高深宽比刻蚀、多重曝光等工艺手段可以实现10nm以下的芯片生产。

三、我国光刻机现状。

4月份上海微电子也宣布实现了22nm光刻机的研发突破。但就没有透露其它的细节信息。这样也只能是用“停留”在试验室来定论了,毕竟目前看来光刻机22nm节点离商业化落地还较远,短时间内无法迅速落地并进行生产。

ASML的光刻机超过90%的零件向外采购,整个设备采用了全世界上最先进的技术,是多个国家共同努力的结果,比如德国的光学设备和精密机械,美国的计量设备和光源设备。一台7nm EUV光刻机包含了5万多个零件,13个系统,需要把误差分散到这个13个子系统中,所以每个配件必须得非常精准。

光刻机是生产制造芯片的关键设备,是利用光刻机发出的紫外光源通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的硅片曝光,使光刻胶性质变化、达到图形刻印在硅片上形成电子线路图。

ASML的7nm EUV光刻机已经非常成熟,华为的麒麟980处理器、苹果的A12处理器、高通的骁龙855处理器均是有台积电代工使用ASML的7nm 光刻机生产的。据说,ASML已经开始生产5nm制程的光刻机。

  • ASML的技术来自世界各地,它有美国的光栅,德国蔡司的镜片等等技术的结合,可以说,ASML的光刻机包揽了世界最先进技术。
  • ASML本身就是从飞利浦独立出来的公司,可以说人才济济,而且受到飞利浦的支持,
  • ASML的专利申请量众多,甚至排在世界前列。
  • 作模式独特,ASML规定,你想购买我的产品必须对我进行投资,这样才能拥有对于ASML产品的优先提货权!所以,ASML获得了大量的资金支持,从合作伙伴那里还可以获得技术支持!三星,英特尔,台积电,海力士等等都是它的股东!

即使中芯国际采用先进技术,也是刚掌握12nm工艺、正在研发10nm工艺,而台积电7nm早已量产、正在开发5nm芯片制程工艺。

四、我国光刻机制造、正瞄准目标奋力直追。

总之,相比德国、日本、美国我国的芯片制造以及超精密的机械制造方面有一定的差距,同时国外对我国的“技术封锁”,关键零件“禁运”相比ASML最新的EUV 7nm光刻机,我国的光刻机仍然有很大的差距。

而我们在光刻机领域仍需要进行努力,加大科研投入,重视人才,集体合心,仍旧会取得重要突破。

如果荷兰AMSL的光刻机是一流标准,日本的东芝是二流水平,则中国的光刻机应当在世界三流向二流过渡的水平。因为目前已透露的信息显示14nm芯片制造需要的光刻机已在试制中,28nm的光刻机已制造完成………正在调整完善中。

但是,中芯国际目前最先进14nm FinFET工艺不是自主技术,需依赖进口。而且,这制程节点落后少说还是5~6年时间。

为了达到目的,科学家在金属上覆盖上一层光刻胶,然后利用光刻机去照射,那些被光线照射到的光刻胶就消失了,然后再用化学物质腐蚀,那么电路的形状就出来了。可见,光刻机在芯片、电路板的生产过程中多么重要。

相比于光刻机,蚀刻机的地位并不是非常的重要,因为全球范围能做顶级蚀刻机的有好几家厂商,能做顶级光刻机的只有ASML一家独大。佳能和尼康也可以做光刻机,但是与ASML根本不是一个级别的。

ASML起源于荷兰菲利浦,这公司是家电大企业,曾经一条龙做终端产品、芯片、光刻机,一个完整的产业链。后来慢慢分工,结果芯片做没落了,光刻机却做到了巅峰。光刻机给人的映象就是一台上亿美元,这个看起来很牛,利润空间也很大。如此高利润,为何只有ASML一家独大,其他生产光刻机的企业包括佳能、尼康,中国的上海微电子等,怎么这些就只能涉及低端产业,就没能做出成绩来呢?

中国目前做光刻机的主要有上海微电子装备有限公司、中子科技集团公司第四十五研究所国电、合肥芯硕半导体有限公司、先腾光电科技、无锡影速半导体科技。其中,上海微电子装备有限公司已经量产的是90纳米,这是在中国最领先的技术。其国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项“的65nm光刻机研制,目前正在进行整机考核。

这里大部分人就是混淆了这个光刻机和蚀刻机两个概念,虽然它们只有一字之差,但是意义却大不相同。全球能做顶级蚀刻机的有好几家,而能做最顶级光刻机的只有荷兰的ASML一家。

光刻机和蚀刻机

一方面我们有自己的光刻机企业,但走的也是低端路线,实力不强,因为我国芯片本来就是大量进口,而现在我国企业和政府都大量的砸钱,希望在近些年尽快将芯片追上来,能够满足自给自足!而已中国的眼光,尤其是华为,他们不会看不到未来光刻机被卡脖子的一天?我相信这一天一定会来,因此我国恐怕现在已经开始砸钱,在发展芯片的同时,也希望用钱将光刻机一并砸出来,这是很有可能的。

我国光刻机领域的龙头企业是上海微电子装备有限公司(SMEE),可以稳定生产90nm制程工艺的光刻机,并且占领了国内80%的光刻机市场,上海微电子正在研制65nm制程的光刻机。

其实是误解。关于5nm的说法其实是刻蚀机技术,并非光刻机。早在2018年的时候,中微半导体就宣布掌握了5nm刻蚀机技术,还通过了台积电5nm工艺校验。

2、与巨头们相比,差距还仍要坦诚相认。

可以说在芯片生产过程中,光刻机相当于一个人体的头部起着控制作用,而蚀刻机只能说是人体的四肢。脑部有选择性,它可以不用你这个四肢,也就是换用其它家的顶级蚀刻机,而光刻机就独此一家。

能不能拆解复制光刻机

所以说,光刻机问题是别人技术上做不了吗?未必,是对手没法做,市场已经被人垄断了,做了卖不出去,做了也白做!

国产光刻机水平:目前是90nm水平,其它更加先进的仍旧处于实验室阶段,想要实现商用还需要很长一段时间。

而,2019年中芯国际成功实现第一代14纳米FinFET工艺量产,前段时间中芯国际代工麒麟710A的事情还稍有热度。

在芯片生产过程中,光刻机相当于在一块晶圆上复印了一张画的图案(也就是芯片内部电路图的图案)而蚀刻机作用就是把光刻机复印的图案进行雕刻。

至于消息能够为真,还要看未来两年中国晶圆市场的发展。

但是今天中国面临一个严峻的问题,我们芯片被美国卡了脖子,我国也没有几家芯片封装企业,一下子搞得中兴连芯片都没有了,还闹了一段时间恐慌,虽然之后这样的的限制在我国企业付出很大代价后解除了,但发展自己的芯片产业成为一种必然,尤其是高端芯片!但如果有一天ASML不卖光刻机了呢?

台积电、三星也高度依赖ASML光刻机,但咱们的情况有所不同。

用于光刻机的固态深紫外光源也在研发,我国的光刻机研发是并行研发的,22纳米光刻机用到的技术也在研发,用在45纳米的升级上面。

我国1958年中科院拉出了第一根硅单晶、即今天的硅晶圆,1965年中国研制出了65型接触式光刻机,1977年GK一3半自动光刻机诞生,1980年清华大学研制出第四代分布式投影光刻机、精度达到了3微米、已接近国际主流水平,仅次于美国。

如:出身于中科院计算机所的柳传志应说离光刻机和芯片最近,1984年联想成立后却最后选择了贸工技路线,最后成了PC生产者和供应商。而台积电的张忠谋虽是机械系出身,看准了半导体优势,开创了半导体代工行业、做成了行业翘楚之一。

笔者前段时间在刷短视频时,刷到了三星西安工厂订购的ASML光刻机在西安国际机场进行卸货,下面都在评论说直接给它扣下来用于拆解复制。

2018年时中科院的“超分辨光刻装备研制”通过验收,它的光刻分辨力达到22nm,结合双重曝光技术后,未来还可用于制造10nm级别的芯片。

国产蚀刻机水平:中微半导体做的蚀刻机已经达到了5nm水平,也得到了台积电的相关认证,可以说是非常领先的。

其实光刻机这个行业相当的苦,全世界做芯片的也就几十家企业,高端的也就那么几家,光刻机一年的市场也就几十亿美元,客户少,稍不留神没有接到订单或者客户被竞争企业抢走了,面临的很可能就是巨额亏损!ASML能够保持今天的垄断地位,主要还是这家公司采用了一种全新的商业模式,与客户进行了捆绑,英特尔、三星、台积电等都是这家公司的大股东,然后他们当然就买自家的产品了,于是像佳能、尼康等企业一看,高端市场已经没有任何市场了,做出来又卖给谁呢?也就只能放弃了,所以大家都完全放弃了高端光刻机市场,只做中底端。

若设备进口不算,还停留在实验室阶段的也不算,实际上代表国产光刻机最高水平的目前还仍是上海微电子的90nm制程工艺。

可以说这方面的成绩,可以为未来打破ASML在光刻机的垄断做准备,它不但使用了波长更长紫外光,而且成本更低,为未来我们芯片发展奠定了基础!

关于国产光刻机目前处于什么水平,网上的各种消息让人搞的有点乱。一边有人说我们的光刻机仍然处于90nm水平,一边又有人说我们的光刻机已经处于5nm水平了,国产光刻机究竟什么水平?

国产光刻机目前什么水平

2018年11月,中科院光电所经过7年研发,成功验收了“超分辨光刻装备项目”。据悉,这是世界上首台分辨力最高的紫外超分辨光刻装备,能够实现22nm光刻工艺。

日前(2020/05/14),全球芯片制造设备巨头阿斯麦(ASML))公司与无锡高新区签署战略合作协议。原以为这是引领核心技术产业发展的一面旗帜?但只是一场美丽的误会,ASML只是在无锡升级光刻设备技术服务基地。

1、目前咱们光刻机的水平?

我国的光刻机

但是,光刻机国产化进程显然要比刻蚀机要缓慢太多!22nm时代至多是踏入了半只脚。

台积电5nm已经做好了下半年进入全面量产的准备,近日也披露了3nm的细节,3nm制程或明年试产;三星也已成功研发出首个基于GAAFET的3nm制程,预计2022年开启量产。

  • 上海微电子,光刻机为90nm的ArF,使用波长193nm的激光成像技术。
  • ASML这个目前代表世界最先进水平的企业,目前的光刻机是7nm EUV,使用波长为13.5纳米的极紫外光(EUV)!

有种说法是,国外的高端光刻机对大陆禁售。目前,荷兰的ASML则拥有全球晶圆厂光刻机设备高达8成的市场份额,在干式曝光机、浸润式光刻机,EUV(极紫外线光刻机)的市场几乎处于独霸地位,台积电、三星、英特尔等国际半导体巨头都是其客户。但是,据传闻,中国只能买到ASML的中低端机。

但是这也是仅仅处于实验室阶段,也就是想要真正的投入商用还是需要很长一段时间。

3、国产光刻机的未来。

本来我们可以和ASML在EUV光刻机技术上一争雄长,但现在落伍并被拉开了距离,原因多种、但路径选择上重视不够肯定是重大因素。

这一点在一些高端进口机床上也是如此,机器想要移动位置,必须提前进行报备,由厂家工程师进行解决。如果自己未经厂商允许移动了位置,只会是被锁机。

结语

恰恰的是,国内半导体设备厂商想要实现技术突破,还得是靠自我努力做技术积累,绕过巨头们先前留下的层层技术专利,以及美国商务部的各类清单管制。

曝光机在晶圆制作过程中,主要是利用紫外线通过模板去除晶圆表面的保护膜的设备。

对于光刻机技术来说,90纳米是一个技术台阶;45纳米是一个技术台阶;22纳米是一个技术台阶……90 纳米的技术升级到65纳米不难,但是45纳米要比65纳米难多了。

以上就是笔者对于本问题解答,如果您认同我的解答,欢迎您的关注!

最关键的是生产光刻机所需的关键零件,对我国是禁运的,所以制约了我国光刻机技术的发展。

去年年底,有消息传出,ASML中国区总裁金泳璇在接受媒体(DIGITIMES)采访时正式澄清,ASML对大陆晶圆厂与国际客户一视同仁,只要客户下单,EUV要进口到中国完全没有任何问题。在交期方面,所有客户也都完全一致,从下单到正式交货,均为21个月。

虽然中国目前高端芯片并不落后,但在性能和成本结合上没能跟上高端芯片商业量产需要。所以,在高端光刻机生产制造上,以0.7nm为一个级数、从技术工艺和市场份额上看,我国堪称是第三梯队水平。

光刻机的“技术壁垒”

感谢您的阅读!

非常遗憾的是,现在国内的光刻机还处于起步阶段,水平落后世界很多。目前国内能够量产的光刻机只能够光刻90nm的大规模集成电路,跟最先进7nm的设备差距可以说是极大的。

正是因为光刻机的精度高、技术要求高,光刻机的价格一直居高不下,动辄几千万美元。更可气的是最先进的光刻机美国不卖给中国,这也是为什么国内芯片达不到高精度,连生产工具都掌握在别的国家手里,生产出的芯片还能比得过别的国家吗?

光刻机是什么?

早在2018年,中芯国际就向ASML订购一台EUV光刻机,预期2019年交付。但却屡招到阻拦,迟迟未到货。今年3月中芯国际深圳厂区曾到货一台荷兰进口大型光刻机,也只不过是常规设备,并非极紫外光刻机。

先来介绍什么是光刻机。光刻机(Mask Aligner) 又名:掩模对准曝光机。在生产芯片过程中,由于集成电路很细,就比如麒麟980芯片是7nm工艺的,就代表该芯片中电路宽度为7nm,并且电路数量动辄几亿甚至几十亿条,显然不能用机械雕刻,这就需要用“光”来雕刻电路,这就是光刻机的用途。

世界目前光刻机生产水平可分三个梯队,第一梯队:美国英特尔、荷兰的ASML、第二梯队:台积电、三星、日本的尼康、佳能。

虽然我们也可以用DUV光刻机通过多重曝光和刻蚀方法提升芯片至7nm性能,但成本巨大、良率较低、难以商业化量产。所以差距是明显的。

并且三星西安工厂主要是生产内存颗粒,它用的光刻机并不是荷兰ASML生产的顶级光刻机,扣下来也做不了顶级芯片。也可以这么去说,就算你把它扣下来,虽然机器在我们手上,但是和废铁并没有什么两样。

他还透露,目前已有大陆晶圆厂巨头与ASML展开7纳米工艺制程的EUV订单洽谈,2019年大陆首台EUV可望落地。

在市场份额上、台积电占有了市场份额50%,而中芯国际的市场份额只是台积电的十分之一。

我国的光刻机技术仍然处于低端水平,上海微电子的光刻机代表我国光刻机的最高水平,制程工艺为90nm,而ASML的光刻机已经进入5nm的制程工艺,我国的高端光刻机全部依靠进口。下文具体说一说。

光刻机的技术门槛极高,可以说是集人类智慧大成的产物。

EUV光刻机最大特色是高技术的系统性和精密性。光源计量控制、物料设置运作精度、透镜的精密加工、环境精度控制等等,都系统集成了众多高科技技术,是所有半导体生产制造设备中技术含量最高的。

那为什么会有人认为咱们光刻机已经进入了22nm时代?甚至说5nm工艺?

我国光刻机和荷兰差距巨大,现在荷兰asml光刻机已经可以生产7nm的芯片,而我国的光刻机刚刚实现90nm的芯片光刻机功能,差距太大。至少差了五代的产品。

光刻机的壁垒更多的其实不是技术,而是市场的需求,是商业模式的垄断,一旦舍得投入,我相信光刻机也不是难事!就像看20年我国所有的领域都落后,但今天一看,真要去做,基本都成了,甚至比西方做得更好,相信光刻机也是一样!

中科院研发的这台光刻机并不能用来CPU,只能用在一些技术要求较低的场景。在验收会上有记者问:该光刻设备能不能打破国外芯片的垄断?光电所专家回答说,光刻机用于芯片需要还攻克大量技术难题,目前距离还很遥远。

ASML的光刻机

从目前来看,中国是有能力研发光刻机的,也成功量产了许多。但是要和最先进的光刻机比,国内还相差甚远。不过我们也不需要为之担忧,在这方面中国本来起步就晚,现在比不过欧美国家也是正常的。都是相信在不久的将来,光刻机这一难题终将被攻克!

目前,全球光刻机领域的龙头老大是荷兰的ASML,占领了80%的市场,日本的尼康和佳能已经被ASML完全击败。最先进的EUV光刻机,只有ASML能够生产。大家所使用的的手机的处理器、电脑的CPU,大部分是ASML的光刻机制造出来的。


我们为弥补生产高端芯片所需光刻机技术的短板,巳加大了对半导体工业的政策扶持力度。争取在各项先进技术上集中资源联合攻关,集众家之长对重要的生产工艺和设备研发突破。

目前全球能够制造和维护需要高度的光学和电子工业基础技术的厂家,全世界只有少数厂家掌握光刻机技术。例如ASML、尼康、佳能、欧泰克、上海微电子装备、SUSS、ABM,Inc等。因此,光刻机的价格昂贵,通常在3千万到5亿美元。

上海微电子的后道封装光刻机已经在销售和出口了,卖的还不错,这个领域全球市场占有率在40%,所以基础的实力还是有的。

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