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中国的光刻机技术和荷兰的光刻机技术,关键点的区别到底在哪?

2020-10-27 21:35阅读(62)

中国的光刻机技术和荷兰的光刻机技术,关键点的区别到底在哪?:一、体现在表像的是精度说起光刻机,大家喜欢和芯片制造对应起来,比如制造7nm芯片的光刻机,制造

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一、体现在表像的是精度

说起光刻机,大家喜欢和芯片制造对应起来,比如制造7nm芯片的光刻机,制造14nm的光刻机等等。

目前中国最强的量产的光刻机是用于90nm的芯片的制造,而ASML量产的用于5nm芯片的制造的,这中间有多少差距,可能一般人还不太清楚。

用时间来说,起码10年,如果用继续用芯片制造的精度来看,中间有65nm,45nm,32nm,22nm,14nm,10nm,7nm,5nm。多少代,大家一年就清楚了,这可是实打实的差距。

二、实际是装配工艺、经验、人才的差距

而在相差这么远的背后,究竟差的是什么?其实是装配工艺、人才、经验的差距。

网上曾流传一句说,ASML说就算公开图纸,别人也造不出一样的光刻机出来,这句话背后的底气在哪里?

1、装配工艺,光刻机中装配是非常重要的,说得不好听一点,就是组装技术,ASML的原件99%也是采购的,但只有它能够装配得这么好,别人都不行。

2、而装配工艺的差距,就是人才、经验的差距,只有好的人才、几十的经验,才能够让装配工艺提高,达到真正的顶级水平。

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在问答上的643个问题,只写接地气的科技内容,欢迎关注。


不少人在半导体方面有一个误区,认为中国之所以无法在半导体产业有比较好的发展,落后于西方国家,主要原因是无法生产顶级的光刻机设备。而实际上,光刻机这个东西,虽然在芯片制造过程中起到了非常关键的作用,但是整个芯片从设计到制造再到商用,中间的链条上还有很多其它因素制约着我们。

原子弹与处理器


一直以来,总有一些人在问一个问题:到底是原子弹的技术含量高?还是半导体制造的技术含量高?为什么我国当年在一穷二白的阶段都可以制造出原子弹,但是却没办法在芯片产业上面在世界上名列前茅?

有这样的怀疑,主要是没有分清楚原子弹和处理器中间最大的区别,那就是使用数量的问题。

原子弹这个东西,中国确实在60年代就造出来了,而且是在苏联人撤退,没有外援支持的情况下研制出来的。但是研制原子弹的意义在哪里?是为了去炸美国人吗?是为了打仗用吗?不是,谁敢发动核战争,这不是国家的问题,而是全人类的问题。

实际上原子弹的核心意义,只是起到一个威慑的作用:你有,我没有,我就担心你对我使用核打击;你有,我也有,我就不担心你使用核打击。因此原子弹这个东西就是所谓的“One is enough.”。不管是1万吨还是100万吨,我对你都具有威慑能力,再加上两弹结合,可以实现精准打击,双方就形成了一种制约。
因此原子弹不用考虑是否可以赚钱,本来就是军事用途;不用考虑研发成本,国家战略能够投入多少就投入多少;不用考虑质量问题,造10枚只有1枚合格,跟造100枚100枚都合格,是一样的,因为根本就用不上......实际上第一个造出原子弹的国家才是最辛苦的(美国的曼哈顿计划),后面的国家想要仿制只会越来越简单。

芯片这个东西不一样,芯片是商用的产品(抛开各国军用的我们不说,这个层面都是关起门来各家玩各家的),不仅仅要造得出来,而且你还得确保有性能上出色,质量上要可靠,工艺上要很先进,要确保可以大批量生产,而且你得拥有广阔的市场能够吃下你的产能。
换句话说,这个世界上,无论你是谁,主要打算做处理器这个东西,那么你唯一要考虑的东西就是:自己是不是可以造出比英特尔芯片价格更低,性能上差不多,质量上可靠,能够充足供货的产品。如果可以,那么你就可以在市场上生存下去,比如说AMD家的处理器。如果不行,那么这个行业压根就不会买单,因为没有人会去购买性能落伍的产品。
可能上面用英特尔举例子不太准确,我只是想说明:造芯片这个东西,很多国家都可以造,中国也有技术制造自己的处理器,但是造出来没有市场。因为芯片产业永远没有“差一点”的芯片,英特尔在桌面处理器领域之所以能够稳坐第一名,主要是源源不断向市场输送大量优质且便宜的处理器,市场份额足够大,能够充分摊平成本,现在一枚i5处理器,在某宝上也就一千几百多块钱,普通家庭完全可以负担。

上游供应商是最大的问题


那么我们开篇就说了,处理器生产这个东西,最核心的问题不仅仅在于光刻机的差距。整个供应链条上几乎都被欧美国家垄断,从上游掐住脖子不让你动弹。我们随便看一看这个行业中关键链条上的供应商:


  • 第一个是AMAT(应用材料公司),美国企业,全球最大的半导体材料供应商,本质上就是能否开采纯度足够高的多晶硅原材料。
  • 第二个是ASML(艾司摩尔),荷兰企业,全球最好的光刻机制造商,也就是问题上的荷兰厂商,目前全球唯一可以生产7nm工艺光刻机的企业。
  • 第三个是Lam Research(科林研发),美国企业,全球最大的晶圆制造设备制造商,晶圆你可以理解成处理器的最初形态,需要不断加工最后变成芯片。
  • 第四个是LKA-Tencor(科磊),美国企业,全球最大的晶圆检测设备制造商。
  • 第五个是Dainippon Screen(迪恩仕),日本企业,全球领先的半导体生产设备制造商。


这五家企业,从原材料开采,到生产制造,到最后的质量检测,全产业线覆盖。坦率的讲,如果没有这些头部的供应商,什么英特尔、AMD、三星电子、台积电、联发科,统统都得挟菜。这里面1家是欧洲企业,1家是日本企业,3家是美国企业。角度放得再高一点,这些企业都是资本主义阵营的企业。因此我们要说现在半导体产业掌握在美国人手中也没什么毛病。当然,近半个世纪以来日本人在半导体行业也做出了非常大的贡献,可以具体了解了解佳能和尼康两个“相机厂商”真正赚钱的是什么业务。

因此在供应链上有差距,导致中国无法自主制造出高性能,并且能够大规模商用的芯片,也就导致了在芯片行业上发力不足的表现。更何况在人才培养上面,中国由于某个些特殊历史问题,导致人才培养发展断层了10年,这是最惨痛的教训。即便是今天,中国在半导体行业的人才缺口依旧高达40万。如果你家里有孩子准备读大学,那么可以建议去考微电子专业,当然,收分不低,不超过一本线大几十分还是别想了。

目前威胁已经很大


纵观目前的电脑和芯片市场,桌面端处理器英特尔第一,AMD第二,两家吃掉了市场上几乎99%的份额,绝对的寡头垄断地位。其它国家的企业想要超越几乎已经不可能,这个已经不是技术上面的差距问题,更多是生态捆绑利益共享的问题。

比如说光刻机这个东西,荷兰ASML制造的光刻机是世界顶级的,最高可以卖到1亿美元一台,已经超过了波音777客机的售价,而且每年的产能不过十几台,早都被英特尔、台积电这个企业预订了,其它企业没钱,也压根拿不到货。
比如说英特尔和微软自建相互捆绑销售的PY协议,也就是臭名昭著的“安迪比尔”定律。微软负责不断升级系统,吃掉英特尔处理器的性能,而英特尔确保不断推出高性能的处理器提供给消费者。这样一来迫使消费者需要不断换新产品。

那么既然说起了换新这个东西,怎么少得了手机这个行当。目前国产手机确实在全球市场表现不错,华为超越苹果出货量排名全球第二,后面的小米、OPPO、vivo这些品牌加起来,中国品牌的出货量超过了全球出货量的一半。

不过问题在于,目前除了华为一家是在采用自己的麒麟处理器之外,其它的几家使用的全部是第三方厂商提供的解决方案,无论是高通还是联发科。这样带来的问题会是:如果某天,美国像打压华为那样打压其它国产品牌的时候,怎么办?处理器作为手机最关键的零部件,实际上中国品牌也是被掐着脖子在走。
更大的问题在于,即便华为目前已经掌握了手机处理器和基带芯片的设计能力,但是最终落实到制造加工来说,依旧需要台积电和三星这两家企业来进行代工,因为全球只有这两家企业掌握了7nm制成工艺。无论是苹果,还是高通,还是华为,都只能选择台积电或者三星来代工生产。三星本质上是美国企业,台积电美方资本占股也超过了50%,背后意味着什么不言而喻。


实际上中国每面需要对外进口超过4000亿件芯片用于各行各业,总交易额超过3000亿美元,是芯片消费第一大国。但是目前台积电已经开始联合博通公司开发5nm制成的工艺技术,而中国的中芯国际刚刚在14nm成熟,往10nm方向发力的情况下,华为这样的企业,不仅仅是制造出一台光刻机就可以拯救的。

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    我国的光刻机和荷兰ASML光刻机的差距,反映了我国和西方精密制造领域的差距。一台顶级的光刻机,关键零部件来自于不同的西方国家,美国的光栅、德国的镜头、瑞典的轴承等,最麻烦的是,这些顶级零件对我国是禁运的。

    我国最好的光刻机厂商

    我国生产光刻机最好的企业是“上海微电子”,量产90nm工艺的光刻机,而荷兰ASML最新的额光刻机是7nm EUV光刻机,差距还是比较大的。上海微电子是一家系统集成商,不生产关键零部件,所以做不出高端光刻机,也不是它的责任。

    目前,能做好的就是上海微电子做好中低端光刻机,毕竟大多数的芯片不需要高端光刻机。做好了中低端,生存下去,慢慢培养国内的零部件商,一点一点往上做。


    荷兰ASML光刻机

    目前,荷兰的AMSL几乎垄断了高端光刻机市场,最先进的EUV光刻机只有ASML能够生产。我国的中芯国际曾经在2018年成功预定了一台EUV光刻机,但是至今仍未收到,原因相信众所周知,受到了某些外界因素的影响。不过,中芯国际在现有的技术上,已经实现了N+1,也就是7nm制程工艺。


    荷兰的ASML有一个非常奇特的规定“只有投资了ASML,才能优先获得供货权”。由于EUV光刻机产量有限,早早被“合作伙伴”预定,三星、英特尔、台积电、海力士等在AMSL都有可观的股份,可以说大半个半导体行业都是ASML一家的合作伙伴。

    除此之外,ASML的光刻机90%的零件均自外来,德国的光学设备、美国的计量设备等,ASML就是要做到精确控制。7nm的EUV光刻机分为13个系统,3万多个分件,要将误差分散到这13个系统中,可见ASML的“神乎其技”。也难怪上海微电子的人到ASML参观学习,ASML说“即便全套图纸给你们,也做不出来”。

    我们应该怎么做?

  • ①充分利用国内的资金和政策支持。中兴事件告诉我们,不能对国外支持过于依赖,要有自己的核心技术;

  • ②分散进攻,不可大包大揽。对于一些零件可以外包,甚至使用国外的零件,日后寻求替代,需要整合国家,甚至全世界的资源;

  • ③使用坚持自主研发和进口替代。一定要掌握核心技术,有些东西虽然暂时有国外产品可以应用,但是人无远虑必有近忧,不能放弃对自主研发和核心技术的不懈追求。


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中国的光刻机在现有技术路径下,在非EUV光源领域(193nm液浸式),假以时日,是可以追上荷兰阿斯麦的,但在EUV(极紫外13.5nm光源)这条技术路线上,除非另开科技树,追上阿斯麦的可能性不大。这就是我们和荷兰光刻机技术的最关键差距,这已经不单纯是市场竞争问题,而是和太平洋对岸的米国有关,日本尼康(没错,造单反相机的那家公司)当初就吃过这个瘪,后面细说其中渊源。

前面有回答说,顶级光刻机(限定于非EUV)的关键零部件来自于不同的西方国家,这一点不假,但要说离不开德国(蔡司)的镜头、瑞典的轴承,这个有点稍显夸张,因为瑞典轴承这样的精密机械,随着国内机械工业进步,是可以点开这棵科技树的。

至于镜头,折射的镜头确实是蔡司的最好,但蔡司的镜头在EUV时代也被放弃了,因为相位差问题和EUV光线经过折射后能量损失较大,所以EUV光刻机改用镀膜反射镜头。

EUV是目前最顶级的光刻机,既然可以放弃蔡司的镜头,说明它还真不是制约顶级光刻机研发的最关键因素。

实际上,阿斯麦通过控股蔡司的方式,使蔡司镜头只能独家供应阿斯麦,但并没有垄断非EUV光刻机(目前垄断的是EUV光刻机),其它玩家还有日本的尼康和佳能,其中尼康的ArF(氟化氩光源)液浸式扫描光刻机和阿斯麦的同类光刻机有一拼,最高可以做到5nm.

当然,尼康的5nm说法有没有吹,无法确证,因为现在芯片制造领域,为了市场宣传需要,大喇叭们马力开足,混淆概念,自立标准,所以才出现了台积电7nm工艺制造的芯片晶体管密度竟然和英特尔10nm工艺的相当。

不过,有一点可以肯定,尼康的NSR-S635E光刻机实现中芯国际正在研发的7nm工艺问题不大。

说到这里,其实牵出另一个问题,一直到2009年之前,光刻机的市场,尼康还是老大,阿斯麦不过是后面追着跑的马仔,为何10来年过去,尼康在光刻机市场混得越发破落,让阿斯麦吃香喝辣呢?

除了尼康在液浸式光刻机上点错科技树,让阿斯麦借机上位外,最重要的是在研发EUV光刻机时,被米国一脚踢开,无缘EUV光刻机。

其中的故事,料很多很足,足可为我们镜鉴,但文字稍长,没有耐心不想深挖的网友可以离场了。

1997年,英特尔和米国能源部共同发起成立EUV LLC组织,汇聚了美国顶级的研究资源和芯片巨头,其中包括劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚国家实验室等三大国家实验室,联合摩托罗拉(当时如日中天)、AMD等企业,投入2.25亿美元资金,集中了数百位顶尖科学家,只为一件事:EUV(极紫外)光刻机到底可不可行?

说白了,这是一项关于下一代光刻机的基础研究,成了的话,等于点开了新的科技树。

阿斯麦公司员工餐厅


当时美国光刻机企业已经衰落,市场上实力较强的主要是阿斯麦和尼康,佳能心比较大,眼看搞不过阿斯麦,掉头专心做显示器光刻行业了。因此,英特尔邀请尼康和阿斯麦一起参加EUV项目。当然,英特尔也不是助人为乐,而是考虑到有两家公司参与的话,将来不用担心被痛宰(参考苹果公司的第二供应商制度)。

但米国政府不乐意了,担心最前沿的技术落入外国公司手中,因此反对阿斯麦和尼康加入EUV LLC。从这里也可以看出,美国和它的盟友并不总是掏心掏肺。

阿斯麦对美国政府许下一大堆承诺后,勉强进入了EUV LLC这个超级朋友圈当一个小角色。

尼康则没有这么幸运,由于当时日本还被米国视为经济上的对手,在贸易上和日本掐个不停,所以直接被拒绝。

没有拿到EUV光刻机的入场券,尼康从此被关在高端芯片制造设备的门外,阿斯麦则垄断了EUV光刻机市场,尽管每台卖1.2亿美元,我们由于《瓦森纳协议》限制,有钱买不到,中芯国际向阿斯麦下的EUV光刻机单子,钱交了,货还在审批中。

芯片制造车间


在非EUV光刻机领域,有国产产品,性能落后一些,假以时日打磨,可以逐渐追上国际先进水平,但在EUV光刻机领域,我们完全是一片空白,这影响到了我们的晶圆代工厂芯片工艺制造,卡在7nm上不去。而EUV光刻技术又被米国牢牢把控,别怪阿斯麦,在整个项目中,前面说了,它也只是打酱油的。

这方面的详细内容,有兴趣的网友,可以参考我在头条号的文章《阿斯麦封神背后》。

所以,我们如何在EUV光刻技术上点开科技树,是当前的一个重大挑战,也关系到国产芯片的未来。

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我国自主光刻机是紫外光刻,能到90nm,65nm,也有报道说22nm,14nm。14nm应该不可能,65nm是可靠的。

据报道,去年4月武汉光电国家研究中心的甘宗松团队,掌握了利用二束激光进行9nm芯片工艺制程的技术。这是不一样的技术,还在研究中。

荷兰现在是极紫外光刻技术,可到7nm5nm甚至更小。

但我认为我们国家和各企业非常重视这块,技术很快就能突破,超过难,跟上国际先进水平问题不大

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我国的光刻机目前能做的只有90nm制程,而荷兰的ASML 最新EUV工艺光刻机可以做到7nm制程、6nm制程、5nm制程,并且一台顶级的光刻机需要上万个零部件,需要不同国家的各个顶级部件,售价也高达7亿人民币。

我们国家技术差就差在没有得到各个公司的顶级技术支持,以及国外对于光刻机关键部件的封锁。看完以下荷兰ASML光刻机为什么能够成功,就可以知道我们究竟差在哪里。

为什么荷兰能够做顶级光刻机

先来说说市场占有:

荷兰ASML公司是目前全球顶级光刻机的扛把子,虽然说尼康(Nikon)和佳能(Canon) 也能够提供商用的光刻机,但它们与ASML光刻机市场占有率相比还是差非常多,ASML占据了全球80%以上的份额。

1、独家供应支持和技术分明

制造光刻机所需要的镜片、光栅都是由德国和美国提供,这两样东西对我们国家来说都是禁止销售的,也就是我们有钱也不可能买的到。我们就以德国蔡司公司提供的镜头来说,据说这个工厂祖孙三代从事同一个职位,制造镜头技术根本不外传,镜片材质要做到均匀,需几十年到上百十年技术积淀。

再加之荷兰ASML公司有一个模式,那就是只有投资它的公司才能够优先得到他们的顶级光刻机。例如蔡司就是投资了ASML,占据了它超过20%的股份。这些公司不单单投资它,也给它提供最新的技术,这样它就不是孤军奋战状态,做到了技术分工。像三星、英特尔、台积电都对它有一定的投资,才能够优先获得它的最先顶级的光刻机。

2、荷兰对它足够重视

荷兰虽然是一个小国家,但它对知识产权特别的重视,这让ASML有很多自己的知识技术产权。一旦它拥有了这个产权,别人是不能够再使用,使用需要缴纳一定费用,这也就自然成就了ASML全球霸主的地位。

根据WTO公布的数据,近十年来,全球知识产权使用费出口排名中,荷兰(仅包括五年的数据)达到2392亿美元,仅次于美国和日本,超过英国,法国,德国等欧洲大国。

3、强大的研发投入

我们都知道华为投资超级多才造就了如今的海思麒麟处理器,而ASML的顶级光刻机也是一样。在2019年 荷兰ASML公司全球销售额大概是21亿欧元左右,它拿出了4.8亿欧元进行技术研发,研发费用占营收的比例达到22.8%。因此它的成功不是偶然,是必然。

我国光刻机现状

我们国家的光刻机主要是以上海微电子设备研究所的为主,它做的是国内比较先进的了,它的SMEE200系列光刻机只有90nm。其它的就更不能提了,例如合肥芯硕半导体公司都只能够拥有200nm工艺。

当时上海微电子的总经理去德国考察时,人家曾经明确的说,就算我们给你们全套的图纸,你们也不可能做出来我们这种光刻机。

它之所以能够说出这种话,也不是对我们的一种鄙视,而就是现实。因为这个光刻机堪称人类智慧集大成的产物,它被称为现代光学工业之花。曾经有人这样形容它的工作过程,就像坐在一架超音速飞行的飞机上时,拿着线头穿进另一架飞机上的针孔。

未来发展

虽然最近不断的有好消息,例如2018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。

但是与ASML比起来还是差很远,并且它是处于实验室阶段,想要真正商业化使用还是需要一段时间。而反观现在的ASML,它的EUV光刻机,已经可以达到7nm,甚至5nm。因此我们的光刻机还处于不利地位,需要很长一段路要走。

结语

通过以上的介绍大家就可以知道我们与他们究竟差在哪里,这并不能说我们不行。而是因为这个东西需要的部件太多了,也需要不同企业顶尖技术支持,只有把它们顶级技术进行整合才能够做出顶级光刻机。

而我们现在是肯定不行的,因为美国、欧盟对光刻机关键部件、技术都是严格封锁,有再多的钱都不一定会出售。我们差就差在没有整个行业顶级技术支持,以及先进的镜片支持。

我们要做的仍然是不断加大研发投入,就像海思麒麟处理器一样,只有不断投入研发,技术积累,各个行业紧密合作帮助才能够做出顶级光刻机。2G、3G、4G一直落后于人,5G我们做到了领先。虽然我们现在光刻机很弱,但是相信经过一段时间技术积累,我们仍旧可以做到领先,未来可期。

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感谢您的阅读!

你可能会这样对比:

目前中国线上销售的是90nm光刻机;荷兰销售的是7nm EUV光刻机。怎么感觉中国的90nm光刻机应该更厉害呢?事实上,真的如此吗?

先了解,Xnm的意思?为什么说我们落后了?

所谓的nm意思是在芯片制造中,在它身上形成的互补氧化物金属半导体场效应晶体管栅极的宽度,也被称为栅长。

上图中,芯片的电流从Source(源极)流入Drain(漏级),Gate(栅极)相当于闸门,它的作用就是用来控制Source(源极)与Drain(漏级)的通断,而Gate(栅极)就是能够通过它的大小,控制电流的损耗,宽带如果很小,自然经过Gate的时间越短,损耗越小,处理器的功耗就越低!

比方是,Gate就像小兵,源级和漏级就像猛士,小兵越少,越容易通行!实际上,栅极的最小宽度(栅长),就是X nm工艺中的数值。

未来,我们就是在不断的挑战摩尔定律,将不可能的栅长给控制的越来越低,这样才能够更好的将功耗给降低下来,性能给提升上来。

我们缺乏的是什么?

为什么荷兰可以做成7nm EUV的光刻机呢?这就要得益于荷兰的方式,ASML的一些巧妙的心思。

  • 荷兰政府本身就一直在支持ASML的全球化,这是后盾的力量,也是它能够持续获得关注的地理优势。
  • ASML总裁Peter Wennink说,高端的EUV光刻机永远不可能(被中国)模仿,据Wennink回应,因为受到来自美国的压力,荷兰扣留了EUV设备出口到中国的许可证。可见,在Wennink看来,中国很难做到7nm EUV光刻机。因为,一方面我们属于瓦森纳条约的清单中被阻止一员,另一方面,也是因为我们技术所限制。

其实,荷兰ASML的生产模式,决定了,ASML就很难会被模仿光刻机。

“因为我们是系统集成商,我们将数百家公司的技术整合在一起,为客户服务。”

光刻机有80000个零件,等等一些配件告诉我们,制造光刻机的不容易,荷兰ASML的聪明之处,让许多技术类企业都成了它的股东,技术能够共享,但是在我国很难!

难在哪里?难在我们还在遵循老规矩呢?

确实很难,因为我们不会将三星,台积电等等成为我们的股东,并且所谓的制约我们的技术,也很难呗提供。

我们只能一切靠自己,各种新的技术必须要进行不断革新,从源头上将光刻机的优势更好的发挥出来,比如武汉光电国家研究中心甘棕松团队,使用远场光学的办法,光刻出最小的9nm线宽的线段……未来还有很多的技术在不断的更新,打破束缚,我对于中国芯片是最看好的。

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美国的打压不会长久生效,荷兰迟早要和中国合作。中国光刻机与荷兰的差别主要是在这一领域深耕的时间,以后的差距会逐步减少。

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问题:中国的光刻机技术和荷兰的光刻机技术,关键点的区别到底在哪?

回答:中国难就难在中国要一己之力对抗十多个国家的顶级工业。


大家都知道最好的光刻机是ASML的,而ASML是荷兰的。

ASML怎么起来,大家可能就不怎么知道的。ASML是欧美国家一起砸钱把它扶起来的。

当初,ASML不够钱,荷兰政府给它优惠,让它做光刻机;但是钱还是不够,美国的公司、英国的公司、韩国的公司,一起入股它,让它继续做光刻机;

后来,还是不够钱,ASML跟合作伙伴(也就是供应链)一起做技术,答应优先采用它们的零件,就是这样整个欧美一起砸钱下去,加上ASML争气,ASML才做成的。当初日本的尼康等企业也想做,但是钱不够,就无法做了。

ASML采用的是日本的刻蚀气体和胶、美国的光栅、德国蔡司的镜、瑞典最顶级的轴承英国顶级的制造机床等等。

ASML是在这种情况下,才能做成的最顶级的光刻机。

中国面临的情况

上面说到荷兰的ASML是集齐了欧美的力量扶起来的,但是中国不是,上面说到的顶级的零部件是对中国禁运的。

那就意味着,中国想要做最顶级的光刻机,要在刻蚀气体上超过日本;在光源上超过美国;在镜头上超过德国蔡司;在轴承上超过瑞典..........

要在某一方面,超过别人某一个国家成为顶尖真的很难了,中国因为被禁运这些零部件,要同时超过这么多国家在某些方面最顶尖的技术。更加可怕的是,我们是后来者,我们是从落后开始追赶的。

叶问也只能打十个啊,这里要超过的也不只十个了,而且个个都是高手。

不是我们不努力,而是实在有一点难啊。中海微电子(SMEE)已经有光刻机,但是目前只能吃下一些低端市场。

我们的路还很长啊!

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区别可大了,国产最先进的是“SSA600/20步进扫描式DUV光刻机,最小工艺制程节点为90纳米,于2018年通过验收”。ASML的最先进光刻机是“EUV光刻机NXE:3600D,工艺制程节点可以达到3纳米,于2010年被制造来”。最大的差别就是在国际市场上:ASML的光刻机被抢着买,国产光刻机无人问津。

SSA600/20光刻机与NXE:3600D光刻机的差别之一:光源。

SSA600/20光刻机使用的是波长为193纳米的Arf准分子光源,由科益虹源制造,其频率应该是4Khz,功率为20W。NXE:3600D光刻机使用的是波长为13.5纳米的EUV光源,其功率应该要大于350W。根据分辨率与光源波长和物镜数值孔径的关系式:CD=k1*(λ/NA),λ就是光源的波长,NA既是物镜组的数值孔径。想要提高光刻机的分辨率(减小制程工艺节点)要么缩短光源的波长,要么增大物镜组的数值孔径。可见SSA600/20的光源波长是193纳米,而NXE:3600D光刻机的光源波长为13.5纳米,由此就可以看出两者工艺制成节点的差距有多大了。

SSA600/20光刻机与NXE:3600D光刻机的差别之二:物镜组。

SSA600/20光刻机用的国望光学制造的数值孔径为0.75的透镜组,NXE:3600D光刻机使用的是德国蔡司公司制造的数值孔径为0.33的反光镜。要知道NXE:3600D光刻机使用的这种反光镜只有蔡司公司可以制造出来,这种反光镜的表面镀了80多层钼和硅制造的薄膜,每一层的薄膜的厚度都小于1纳米,且薄膜的粗糙度在0.1纳米级别。另外,反光镜的表面必须极为的平整,如果把镜片比作一个国家话,那么其最高点和最低点的距离在纳米级别,由此可知EUV反光镜的制造难度有多大。而SSA600/20使用的透镜组是由合成石英制造的,难度相对来说小一点。

SSA600/20光刻机与NXE:3600D光刻机的差别之三:双工件台。

SSA600/20光刻机使用的是华卓精科制造的DWS双工件台,其运动平均偏差4.5纳米,运动标准偏差7纳米,最大速度1.1米/秒,最大加速度2.4g。其主要采用了磁悬浮平面电机驱动,测量系统则是多轴激光干涉位移测量。而NXE:3600D光刻机使用的是ASML独立研制的双工件台其运动精度可是非常高的。要知道用于浸没式DUV光刻机的双工件台的运动平均偏差为2.5纳米,运动标准偏差为5纳米,貌似ASML的双工件台运动偏差为1纳米。所以说,差距还是挺大的。

以上三个部件的差距是最大的,此外还有就是光刻胶的差距。目前国内最大的光刻胶公司是北京科华,该公司已经制造出了EUV光刻机使用的光刻胶,但是DUV光刻机使用的光刻胶还在研发之中。国产DUV光刻机使用的光刻胶主要就是上海新阳研发的Arf光刻胶。

除了技术性能的差别之外,SSA600/20与NXE:3600系列在国际国内市场的占有率差别更大。在国际市场上ASML的光刻机占据了67%,其他被尼康和佳能分了。而在国内市场上上海微电子得产品占据了80%,其他20%应该是被ASML占据的。但是在EUV光刻机市场上,绝对被ASML垄断了,因为只有他一家可以制造出EUV光刻机。

当然了,国内也在尽力研发浸没式DUV光刻机,也就是将要被上海微电子制造出来的SSA800系列。据目前透漏出来的消息看,2021年将交付首台浸没式DUV光刻机,2030年制造出EUV光刻机。国产EUV光刻机的光刻胶已经被北京科华制造出来,且通过验收了。另外的双工件台,反光镜,光源都在研发之中,估计在2030年制造出EUV光刻机的希望还是挺大的,用10年的时间应该足够了。