光刻机是芯片制造的关键设备,我国投入研发的公司有微电子装备(集团)股份,长春光机所,中国科学院等都在研发,合肥芯硕半导体有限公司,先腾光电科技有限公司,先腾光电科技有限公司, 合肥芯硕半导体有限公司都有研发以及制造。而且有了一定的科研成果,但是目前我国高端芯片的制造却主要依赖荷兰进口的光刻机。我国光刻机在不断发展但是与国际三巨头尼康佳能(中高端光刻机市场已基本没落)ASML(中高端市场近乎垄断)比差距很大。
光刻机是芯片制造的核心设备之一,按照用途可以分为好几种:有用于生产芯片的光刻机;有用于封装的光刻机;还有用于LED制造领域的投影光刻机。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口,光刻机被业界誉为集成电路产业皇冠上的明珠,研发的技术门槛和资金门槛非常高。也正是因此,能生产高端光刻机的厂商非常少,到最先进的14nm光刻机就只剩下ASML,日本佳能和尼康已经基本放弃第六代EUV光刻机的研发。相比之下,国内光刻机厂商则显得非常寒酸。
上海微电子装备(集团)股份有限光刻机主要用于广泛应用于集成电路前道、先进封装、FPD、MEMS、LED、功率器件等制造领域,2018年出货大概在50-60台之间。营业收入未公布,政府是有大量补贴的。处于技术领先的上海微电子装备有限公司已量产的光刻机中性能最好的是90nm光刻机,制程上的差距就很大,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。
2016年11月15日,由长春光机所牵头承担的国家科技重大专项02专项——“极紫外光刻关键技术研究”项目顺利完成验收前现场测试。在长春光机所、成都光电所、上海光机所、中科院微电子所、北京理工大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学等参研单位的共同努力下,历经八年的戮力攻坚,圆满地完成了预定的研究内容与攻关任务,突破了现阶段制约我国极紫外光刻发展的核心光学技术,初步建立了适应于极紫外光刻曝光光学系统研制的加工、检测、镀膜和系统集成平台,为我国光刻技术的可持续发展奠定了坚实的基础。
合肥芯硕半导体有限公司成立与2006年4月,是国内首家半导体直写光刻设备制造商。该公司自主研发的ATD4000,已经实现最高200nm的量产。
无锡影速成立与2015年1月,影速公司是由中科院微电子研究所联合业内资深技术团队、产业基金共同发起成立的专业微电子装备高科技企业。影速公司已成功研制用于半导体领域的激光直写/制版光刻设备、国际首台双台面高速激光直接成像连线设备(LDI),已经实现最高200nm的量产。无锡影速成立与2015年1月,影速公司是由中科院微电子研究所联合业内资深技术团队、产业基金共同发起成立的专业微电子装备高科技企业。影速公司已成功研制用于半导体领域的激光直写/制版光刻设备、国际首台双台面高速激光直接成像连线设备(LDI),已经实现最高200nm的量产。
先腾光电成立于2013年4月,已经实现最高200nm的量产,在2014国际半导体设备及材料展览会上,先腾光电亮出了完全自主知识产权的LED光刻机生产技术,震惊四座。
成都兴林真空设备有限公司主营业务是光刻机生产加工,光刻机主要用途来自以下场景:
(1)光刻机用于大学研发、实验室设备。
(2)工厂用于做空空导弹跟踪器、发光二极管、传感器、手机芯片、霍尔元件
A、发光二极管:用于在十字路口红绿灯、公交车、汽车灯用在每到一站的显示。
B、传感器:用于高铁到站传输信号准确定位。
C、手机芯片:用在手机卡上,还有手机显示屏面。
D、霍尔元件:用于冰箱开灯亮、关灯熄灭。
E、卫星:卫星上面用于卫星角度的调整。
主要合作院校和单位有:
中国科学院半导体研究所、中国工程物理研究所
清华大学、北京大学、北京理工大学、复旦大学
南开大学、福州大学、浙江大学、武汉大学
安徽大学、华东师范大学、东北大学、厦门理工学院
中国核动研究设计院、重庆技术职工学院、成都理工大学
贵州大学、昆明理工大学、华南师范大学、青岛航天半导体研究所
常州银河电器有限公司、浙江正邦电子股份有限公司、江苏一光仪器有限公司
江苏车晨电子科技有限公司、上海航天控制技术研究所、上海空间研究中心
任正非曾表示,我国拥有世界顶级的芯片设计能力,掌握着世界上最先进、成熟的芯片制程工艺,由于光刻机和化学材料被卡了脖子,国内企业无法独自制造出高端芯片。
然而,让所有人没想到的是,不久前,***正式宣布,国产EUV光刻机取得重大技术突破,且0.1nm的光源设备已投入使用!
随着 科技 的发展,智能电子产品的普及,很多领域的发展都已离不开芯片的支撑,掌握芯片已上升为世界各国的战略层次。
众所周知,我国进入半导体领域较晚,西方国家为了防止我国 科技 的崛起,早在几十年前签订了《瓦森堡协定》,禁止向我国出口高尖端技术,且国内企业过于追求轻资产的发展,而忽视了对重资产投资的重要性,以至于国内所消耗的芯片,70%以上都要依赖进口。
上文也提到了我国为何无法独自制造出高端芯片的原因,光刻机被卡了脖子!或许有的人会问,我们原子弹都能造出来,为何造不出EUV光刻机?
EUV光刻机的制造是一个项目工程,不仅需要大量的高尖端技术,还需要海量的高精密元器件。如ASML公司制造的EUV光刻机, 所需的元器件高达10万件,来自世界上35个国家的1500多个企业,且每一件都代表着业内的最高水准。 值得一提的是, ASML公司制造EUV光刻机所需的核心元器件,没有一件是来自我国企业,可以预见,我国要制造EUV光刻机的难度有多大。
随着美国不断对我国企业进行芯片制裁,让我们意识到: 在当今这个时代,要想摆脱被人鱼肉的命运,就必须实现技术独立,制造出EUV光刻机,实现高端芯片的国产化。
2020年9月16日,中科院正式宣布,已根据“卡脖子清单”成立了对应的科研攻关小组,且光刻机技术攻关团队的每一位科研人员立下了军令状,争取在短时间内攻克技术难关,制造出国产EUV光刻机。
随着国内“造芯”浪潮的掀起,ASML公司总裁在不久前发出警告: 如果不将光刻机卖给中国,三五年之后,中国就会拥有自己的光刻机,凭借着强大的成本优势,很可能在15年之内将ASML公司逼出光刻机市场。
如今,随着***一则关于国产EUV光刻机的发布,终于进一步验证了ASML总裁的预言。
近日,***正式宣布: 我国已经在EUV光源和双工件台技术上取得重大突破!
据***公开的消息来看,中科院自研的国内首台高能光源设备已经开始使用,且安装完成度已超过70%。中科科美也掌握了透镜镀膜技术,制造出了光学零件0.1nm的镀膜设备。
了解EUV光刻机的朋友都知道,EUV光刻机是由3个核心部分构成的: EUV光源、双工件台和EUV光学镜头。如今,我们已经突破了EUV光源和双工件台技术,这也就意味着,我们只要实现了EUV光学镜头的制造,即可制造出国产EUV光刻机。
在这个经济全球化的时代,各国企业之间的联系越来越紧密,分工越来越清晰,已经形成了“你中有我,我中有你”的现象,如果一家企业受到非正常的“攻击”,整个产业链都会受到严重的影响, 美国制裁华为,加剧世界“芯荒”就是一个很好的证明。
国内半导体行业不断传出的好消息,向世界传递了一个重要信息: 任何要想奴役我们 科技 的国家,必将会在我国企业、科研人员和14亿国人用血肉筑成的铜墙铁壁面前,碰得头破血流!
中国光刻机历程
1964年中国科学院研制出65型接触式光刻机;1970年代,中国科学院开始研制计算机辅助光刻掩膜工艺;清华大学研制第四代分部式投影光刻机,并在1980年获得成功,光刻精度达到3微米,接近国际主流水平。而那时,光刻机巨头ASML还没诞生。
然而,中国在1980年代放弃电子工业,导致20年技术积累全部付诸东流。1994年武汉无线电元件三厂破产改制,卖副食品去了。
1965年中国科学院研制出65型接触式光刻机。
1970年代,中国科学院开始研制计算机辅助光刻掩模工艺。
1972年,武汉无线电元件三厂编写《光刻掩模版的制造》。
1977年,我国最早的光刻机GK-3型半自动光刻机诞生,这是一台接触式光刻机。
1978年,1445所在GK-3的基础上开发了GK-4,但还是没有摆脱接触式光刻机。
1980年,清华大学研制第四代分步式投影光刻机获得成功,光刻精度达到3微米,接近国际主流水平。
1981年,中国科学院半导体所研制成功JK-1型半自动接近式光刻机。
1982年,科学院109厂的KHA-75-1光刻机,这些光刻机在当时的水平均不低,最保守估计跟当时最先进的canon相比最多也就不到4年。
1985年,机电部45所研制出了分步光刻机样机,通过电子部技术鉴定,认为达到美国4800DSW的水平。这应当是中国第一台分步投影式光刻机,中国在分步光刻机上与国外的差距不超过7年。
但是很可惜,光刻机研发至此为止,中国开始大规模引进外资,有了"造不如买”科技无国界的思想。光刻技术和产业化,停滞不前。放弃电子工业的自主攻关,诸如光刻机等科技计划被迫取消。
九十年代以来,光刻光源已被卡在193纳米无法进步长达20年,这个技术非常关键,这直接导致ASML如此强势的关键。直到二十一世纪,中国才刚刚开始启动193纳米ArF光刻机项目,足足落后ASML20多年。
9月16日,国新办举行新闻发布会,介绍中国科学院“率先行动”计划第一阶段实施进展有关情况。
在这个发布会上,中科院主要领导强调,要把美国卡脖子的清单变成我们科研任务清单进行布局,比如航空轮胎、轴承钢、光刻机;一些关键核心技术攻关成立领导小组,要求每个承担重大任务的人要签署责任状;在一些最关注的重大的领域,集中全院的力量来做。这就是中科院签订“军令状”的来由,其中光刻机受到了广泛的关注。
众所周知的原因,现在在芯片行业我们受到了美国等西方国家的封锁,造成了我国一些制造企业的困难局面,比如华为。
制造芯片最重要的设备就是光刻机。其实我国也能生产制造光刻机,也在很早的时候就开始研究,在这方面当时也和世界水平比较接近,但是光刻机的前期研究需要投入大量的资金,而且在“造不如买,买不如租”思维影响下,逐渐对于科研不太重视,光刻机研制近乎于停滞,就像当年的“运10”飞机的研制过程一样。
而当我们开始重视芯片产业,国家也投入巨资准备大力支持研发,却出现了“汉芯”造假事件,2003年上海交大微电子学院院长陈进从美国买回芯片,作为自主研发成果,消耗大量社会资源,影响之恶劣可谓空前!以至于很长一段时间,科研圈谈芯色变,严重干扰了芯片行业的正常发展。
目前上海微电子装备有限公司能量产的光刻机是65nm制程。2019年,由中国科学院光电技术研究所承担的超分辨光刻装备项目在成都通过验收,完成国际上首台分辨力最高的紫外超分辨光刻装备研制,最高线宽分辨力达到22nm。
这22nm制程的光刻机技术,应该很快就会能够量产,但是与世界主流的先进技术还是相差甚远,而且22nm的芯片,只能应用到一些不太复杂的科技产品上,比如老年手机等等。所以现在我国在光刻机这块是落后于世界先进水平好几代的。
当前光刻机技术最好的是荷兰的ASML公司,已经能够量产5nm制程的光刻机,甚至都拥有了3nm的技术。
可是因为美国的阻挠,我们根本就买不到ASML的产品,中芯国际在去年前曾经抢购到一台7nm的光刻机,钱都已经付了好多个亿,到现在都还没有收到货,可能以后也就收不到了。
硅原料、芯片设计、晶圆加工、封测,以及相关的半导体设备,绝大部分领域我国还是处于“任重而道远”的状态。
但我感觉这次不一样了,制造芯片的设备光刻机已经提升到国家层面,相关部门还立下了“军令状”,这与当年研究原子弹的情形何其相似。
我不相信先进光刻机的难度要大于原子弹,我们当初是一穷二白,完全是从零开始,不也以飞快的速度制造出来了?何况对于光刻机生产我国还是有一些基础的,只是现在还没有达到国际先进水平而已,这比当初制造原子弹的情况要好很多。
1nm就是一些原子了,现有的光刻机技术原理是有天花板的,我相信在我们的科研单位在现有理论下,应该能够很快追上世界水平,但不应仅仅局限在已有的理论中,还要展开新的理论研究,争取尽快生产出更先进的光刻机,使我们的芯片不再受到制约。
中国的光刻机现在达到22纳米。在上海微电子技术突破之前,我国国产光刻机还停留在只制造90nm芯片的阶段。这一次中国从90nm突破到22nm,意味着光刻机制造的一些关键核心领域实现了国产化。掌握核心技术的重要性不言而喻。突破关键区域后,高阶光刻机的RD速度只会越来越快。国产光刻机突破封锁,成功研发22nm光刻机。中国芯逐渐崛起。随着信息社会的快速发展,手机、电脑、电视等电子设备变得越来越“迷你”。从以前的“手机”到现在只有几个硬币厚的时尚手机,从老式的矮胖电视到现在的轻薄液晶电视,无一不离开集成电路的发展,也就是我们通常所说的“芯片”。自从1958年世界上第一块集成电路问世以来,体积越来越小,性能却越来越强。光刻机是半导体芯片制造行业的核心设备。以光刻机为代表的高端半导体设备支撑着集成电路产业的发展,芯片越来越小,集成电路越来越多,可以把终端做得小而精致。2002年,光刻机被列入国家863重大科技攻关计划,由科技部和上海市共同推动成立上海微电子设备有限公司(以下简称“SMEE”)。2008年,国家启动了“02”重大科技项目,持续攻关。经过十余年的研发,我国基本掌握了高端光刻机的集成技术,部分掌握了核心部件的制造技术,成为集光学、机械、电子等多学科前沿技术于一体的“智能制造行业的珠穆朗玛峰”。