此前,媒體報道福建安芯半導體已實現國產光刻機已成功出貨,國產化率達到了70%。在光刻機高度依賴ASML等外商的情況下,福建安芯半導體如果真能實現70%國產化率,那絕對是大功一件。
鐵流查了一下發現安芯半導體其實是做二手光刻機翻新改造的,因此,這則新聞沒準有一定水分,比如這個出貨的光刻機到底是前道光刻機還是后道光刻機沒說清楚,也沒說清楚這個光刻機是用于芯片制造還是用于液晶面板制造。至于70%國產化率,新聞稿里也沒有進一步說明。當下,本土光刻機與ASML還是存在很大差距的,這種含糊其辭,略帶些誘導和打雞血的新聞報道并不可取。
中外光刻機差距巨大
光刻機被稱為人類最精密復雜的機器,業界將其譽為集成電路產業皇冠上的明珠,研發的技術門檻和資金門檻非常高。也正是因此,能生產高端光刻機的廠商非常少,到最先進的5/7nm光刻機就只剩下ASML,日本佳能和尼康已經基本放棄EUV光刻機的研發。
目前,光刻機領域的龍頭老大是荷蘭ASML,并已經占據了高達80%的市場份額,壟斷了高端光刻機市場。ASML最先進的EUV光刻機售價曾高達1億美元一臺,且全球僅僅ASML能夠生產。Intel、臺積電、三星都曾經是它的股東,Intel、三星的高端光刻機都是買自ASML,格羅方德、聯電以及中芯國際等晶圓廠的光刻機主要也是來自ASML。
相比之下,國內光刻機廠商則顯得寒酸,國內晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口。這不僅使國內晶圓廠要耗費巨資購買設備,對產業發展和自主技術的成長也帶來很大不利影響——ASML在向國內晶圓廠出售光刻機時有限制性條款。
光源、物鏡目前還無法完全擺脫進口依賴
光源是光刻機的核心部件之一。在光刻機改進中,所使用的光源也不斷改進發展:
第一代是436nm g-line。
第二代是365nm i-line。
第三代是248nm KrF。
第四代是193nm ArF。
最新的是13.5nm EUV。
目前,在集成電路產業使用的中高端光刻機采用的是193nmArF光源和13.5nmEUV光源。
193nmArF也被稱為申紫外光源。使用193nmArF光源的干法光刻機,其光刻工藝節點可達45nm,采用浸沒式光刻、光學鄰近效應矯正等技術后,其極限光刻工藝節點可達28nm。
浸沒式光刻是指在物鏡和硅片之間增加一層特殊的液體,由于液體的折射率比空氣的折射率高,因此成像精度更高。因此,也就有了浸沒式光刻的叫法。
而當工藝尺寸縮小到22nm時,則必須采用輔助的兩次圖形曝光技術。然而使用兩次圖形曝光,會帶來兩大問題:一個是光刻加掩模的成本迅速上升,另一個是工藝的循環周期延長。因而,在22nm的工藝節點,光刻機處于EUV與ArF兩種光源共存的狀態。
對于使用液浸式光刻+多次圖形曝光的ArF光刻機,工藝節點的極限是10nm,之后將很難持續。EUV光刻機,則有可能使工藝制程繼續延伸到5nm。
局部有亮點
雖然總體差距很大,但在局部,國內還是有亮點的。
在雙工臺方面,國內取得了突破。過去,光刻機只有一個工作臺,所有流程都在一個工作臺上完成。雙工件臺系統的出現,使得光刻機能夠在不改變初始速度和加速度的條件下,當一個工作臺在進行曝光工作的同時,另外一個工作臺可以同時進行曝光之前的預對準工作,使得光刻機的生產效率提高大約 35%。ASML 的 TWINSCAN NXE3300B 型光刻機,分辨率小于 22nm,生產效率可以達到 125片/小時。
雖然看起來僅僅是加一個工作臺,但技術難度卻不容小覷——對換臺的速度和精度有非常高的要求,如果換臺速度慢,則影響光刻機工作效率;如果換臺精度不夠,則可能因此而影響了后續掃描光刻等步驟的正常開展。
現今技術成熟的雙工件臺系統主要是導軌式,驅動方式主要分為氣浮驅動和磁懸浮驅動。目前,ASML公司已成功研發了磁懸浮工件臺系統,使得系統能夠忽略摩擦系數和阻尼系數,其加工速度和精度是機械式和氣浮式工件臺所無法比擬的。
不僅如此,ASML 公司基于磁懸浮工件臺的基礎,研發了無導軌式的平面編碼磁懸浮工件臺系統,通過平面編碼器對工作臺進行精確定位,進一步提升了精度。此前,國內α光刻樣機的雙工件臺系統取得突破,采用導軌式磁懸浮系統,關鍵技術指標已達到國際同類光刻機雙工件臺水平。
中國在激光技術上頗有成就,國內有的單位用汞燈做光源,還由單位研發出了獨一無二的固態深紫外光源,但目前,固態深紫外光源還并未用于光刻機制造,在光源上還無法徹底擺脫進口。此前,成都光機所的國家重大科研裝備研制項目“超分辨光刻裝備研制”通過驗收,SP光刻機采用汞燈(365nm i-line)做光源,光刻分辨力達到22nm,結合多重曝光技術后,可用于制造制程小于10nm的芯片。就技術路線來說,SP光刻機另辟蹊徑,沒有采用國外主流方案,走出一條自己的路。不過,SP光刻機只能加工小尺寸芯片,只能加工特殊領域芯片,不適合商用,無法替換ASML的光刻機。
穩扎穩打 真抓實干
當下,在半導體領域中外差距是比較明顯的,需要較長的時間去追趕,媒體和企業在報道中應當說真話,不能搞打雞血報道煽動民粹,不能把愛國當生意做,不能把愛國百姓當韭菜收割。企業和媒體不要動輒“2年會戰搞定5nm生產線”,或是搞一個具有誘導性的話術。還是應該求真務實,實事求是,穩扎穩打,真抓實干。
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