目前國內研究光刻機的企業不少,因為光刻機實在太重要了。
由于光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平,光刻成為 IC 制造中最復雜、最關鍵的工藝步驟, 光刻的核心設備——光刻機更是被譽為半導體工業皇冠上的明珠。目前最先進的是第五代 EUV光刻機,采用極紫外光,可將最小工藝節點推進至 7nm。由荷蘭 ASML制造。
國內光刻機技術比較先進,已經量產的應該是上海微電子裝備有限責任公司(簡稱SMEE),已經實現90nm的量產,目前正在研究65nm的工藝。
其他的包括 合肥芯碩半導體有限公司、先騰光電科技有限公司、無錫影速半導體科技有限公司等一些企業,在光刻機上衣和有自己的成果。
但這些光刻機企業,目前還是在原來的道路上一步一步往前走,相信只要努力,未來也能達到很高的水平。但對于光刻機行業來說,他們的追趕速度雖然很快,但技術進步的速度也是很快。所以,他們只能持續在低端方面,占有一定的市場份額。
如果要進入高端市場,目前國內最先進的光刻機技術,應該是中科院光電技術研究所的技術成果。
2018年11月29日,新華社報道稱,國家重大科研裝備研制項目“超分辨光刻裝備研制”29日通過驗收。據悉,該光刻機由中國科學院光電技術研究所研制,光刻分辨力達到22納米,結合雙重曝光技術后,未來還可用于制造10納米級別的芯片。
也就是中國科學院光電技術研究所的這個成果,直接將中國光刻機技術向前推進好幾代。
當然,這個科研成果,距離完整實現量產,還有好幾個關卡要過。
首先是光刻分辨力達到22納米只是一次極限測試,屬于單次曝光,還制造不了芯片。
其次是,能夠實驗室制造芯片,還要實現量產,這又是一個關卡。
但總的來說,已經有了“光刻分辨力達到22納米”,那么距離成型機,已經沒有那么遙遠了。
更重要的是,目前的紫外線光刻技術,在7nm的芯片出來之后,已經需要一個新的工藝突破。就像當年從液浸式到 EUV的技術飛躍一般。
而中科院這個項目,走了另外一條道路。拿一塊金屬片和非金屬片親密接觸,界面上有一些亂蹦的電子;光投影在金屬上,這些電子就有序地震蕩,產生波長幾十納米的電磁波,可用來光刻。這叫表面等離子體光刻。
這條道路的優勢是未來的成本可以低于目前主流的技術,極限可能高于未來的主流技術,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,繞過國外相關知識產權壁壘。
也就是,中科院光電技術研究所的這條技術路徑,是非常有價值的一次技術突破,或者技術發現。有可能讓中國的光刻機實現彎道超車,而不是在現在主流的工藝道路上亦步亦趨。
光刻機是芯片生產中不可少的關鍵設備,而且光刻機的技術門檻極高,整個設備的不同部位采用了世界上最先進的技術,德國的光學設備、美國的計量設備等,可以說是“集人類智慧大成的產物”。
全球最先進的EUV光刻機全球只有荷蘭的ASML生產,占據了光刻機市場高達80%的市場。Intel、臺積電、三星的光刻機都來自于與ASML。
最頂尖的光刻機不是荷蘭一個公司制造的,集合了許多國家最先進技術的技術支持,可以說是多個國家國家共同努力的結果,比如德國的光學鏡頭、美國的計量設備等。ASML將這些來自不同國家的3萬多個配件,分為13個系統,需要將誤差分散到13個系統,如果德國的光學設備做的不準、美國的光源不準,那么ASML瞬間就是失去了精神。
相較于荷蘭、德國、美國等這些國家,我國的芯片制造以及超精密度機械制造方面不具有優勢。再加上《瓦森納協定》的技術封鎖,因此,在高端光刻機領域,我國可以收仍然是空白。
我國的光刻機技術上海微電子裝備有限公司(SMEE)是我國國內唯一能夠做光刻機的企業。上海微電已經量產的光刻機中,性能最好的是SSA600/200工藝,能夠達到90nm的制程工藝,相當于2004年奔四CPU的水平。因此,國內晶圓廠所需要的高端光刻機完全依賴進口。
目前,最先進的光刻機是ASML的極紫外光刻(EUV),用于7nm、5nm光刻技術,對于EUV光刻關鍵技術,國外進行了嚴重的技術封鎖。我國在2017年,多個科研單位合作經過7年的潛心鉆研,突破了EUV關鍵技術。根據相關資料披露,計劃2030年實現EUV光刻機國產化。
總之,在高端光刻機領域,我國的技術仍然比較薄弱。目前,中芯國際已經從ASML成功訂購了一臺7nm制程的EUV光刻機,希望能夠在高端芯片制造領域能夠找到“備胎”。
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