光刻機是芯片制造的重要設備,內(nèi)部結構精密復雜,它決定著芯片的制程工藝,是芯片生產(chǎn)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,如德國的光學設備、美國的計量設備等,可以說是“集人類智慧大成的產(chǎn)物”,被譽為半導體工業(yè)皇冠上的明珠。
國內(nèi)外光刻機技術發(fā)展現(xiàn)狀
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(jié)點推進至 7nm,由荷蘭 ASML制造。
當前,全球最先進的EUV光刻機只有荷蘭的ASML生產(chǎn),占據(jù)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。當然,最頂尖的光刻機不是荷蘭一個公司制造的,而是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(tǒng),需要將誤差分散到13個系統(tǒng),如果德國的光學設備做的不準、美國的光源不準,那么ASML也無法制造出精密的光刻機。
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(yōu)勢,又因為《瓦森納協(xié)定》的技術封鎖,限制了對中國出口先進技術,上游的光刻機、刻蝕機、離子注入機子都是核心的設備,因此半導體設備的落后是制約中國半導體發(fā)展的一個核心因素,在高端光刻機領域,我國仍然是空白。
我國五大光刻機企業(yè)
那么,目前有哪些中國企業(yè)在研究光刻機?光刻機是一個高精度高復雜集百年工業(yè)制造之結晶的一種高科技產(chǎn)品,目前除了荷蘭的阿斯麥能夠批量生產(chǎn)7nm光刻機之外,基本上再沒有任何一家企業(yè)有著這樣雄厚的技術實力。我國目前也僅有五家企業(yè)在研究,并且各自有各自的領域優(yōu)勢。
1.上海微電子裝備有限公司(SMEE)
上海微電成立于2002年3月,是我國國內(nèi)唯一能夠做光刻機的企業(yè)。上海微電已經(jīng)量產(chǎn)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(nèi)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(jīng)過7年的潛心鉆研,突破了EUV關鍵技術。根據(jù)相關資料披露,計劃2030年實現(xiàn)EUV光刻機國產(chǎn)化。
上海微電子設備公司已生產(chǎn)出90納米的光刻機設備,這也是生產(chǎn)國產(chǎn)光刻機的最高技術水平,比ASML公司差不多有10年的差距。因為西方國家有簽協(xié)議,芯片核心部件材料不能出口到中國,實施封鎖政策,導致國產(chǎn)光刻機發(fā)展緩慢,上海微電子克服困難自己生產(chǎn)這些零部件。目前生產(chǎn)出來的光刻設備已用到很多的國產(chǎn)企業(yè)中,而且國家也在對封鎖進行聯(lián)合公關,相信不久就可以向45nm、28nm邁進。
2.中科院光電所
中科院光電所研發(fā)出365納米波長,曝光分辨率達到22納米的光刻機,是近紫外的光線,離極紫外還有一點差距。光刻機的波長決定了芯片工藝的大小,波長越短,造價越高。像ASML最先進的EUV極紫外光刻機,波長只有13.5納米,可以生產(chǎn)10nm、7nm的芯片?,F(xiàn)在一般使用的是193納米波長的光刻機,分辨率卻只有38納米,而中科院研發(fā)的光刻機采用了雙重曝光的技術,可以達到22納米。不過相關專業(yè)人士也指出,這種技術只能做短周期的點線光刻,無法滿足芯片的復雜圖形,后續(xù)還在不斷優(yōu)化和改進中。
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(nèi)首家半導體直寫光刻設備制造商。該公司自主研發(fā)的ATD4000,已經(jīng)實現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn)。不過按照目前最新消息其已經(jīng)申請破產(chǎn)清算,主要是光刻機對研發(fā)的投入資金是在太大,又沒有成熟的產(chǎn)品面向市場,終究難免面臨倒閉的風險。上海微電子也是通過快速占領光刻后道工藝技術,迅速占領國內(nèi)80%市場份額,才得以生存。
4.無錫影速半導體科技有限公司
無錫影速成立于2015年1月,影速公司是由中科院微電子研究所聯(lián)合業(yè)內(nèi)子資深技術團隊、產(chǎn)業(yè)基金共同發(fā)起成立的專業(yè)微電子裝備高科技企業(yè)。該公司已經(jīng)成功研制用于半導體領域的激光直寫/制版光刻設備,已經(jīng)實現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn)。
5.先騰光電科技有限公司
先騰光電成立于2013年4月,已經(jīng)實現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn),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(chǎn)權的LED光刻機生產(chǎn)技術。
以上就是目前我國曾經(jīng)或者現(xiàn)在還在研發(fā)光刻機的企業(yè),在高端光刻機領域,我國的技術仍然比較薄弱,中國光刻機領域能拿的出手的還是只有上海微電子裝備的產(chǎn)品,但是對比世界現(xiàn)金水平,還是遠遠落后,最先進的光刻機已經(jīng)進入到了7nm,5nm的階段,臺積電靠著7nm的光刻機在制造環(huán)節(jié)做的風生水起。
中國在光刻機領域還是處于非常落后的狀態(tài),單純依靠民營企業(yè)和資本,在長周期長期不盈利的情況下還是很難堅持,最終能讓中國光刻機勝出的機會還是需要舉國體制(正如當年韓國舉國體制支持韓國半導體發(fā)展),國家在背后從資金、人才、政策上權利支持才有可能趕上現(xiàn)金水平。
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