高端光刻机技术(光刻机最新技术)

2022-12-09 12:45:26 基金 yurongpawn

光刻机最先进的是多少纳米

是90纳米。

查询官网可以知道,如今最先进的光刻机是600系列,光刻机最高的制作工艺可以达到90纳米。但是相比于荷兰ASML公司旗下的EUV光刻机,最高可以达到5纳米的工艺制作。

而且即将推出3纳米工艺制作的芯片。但是据相关信息透露,预计我国第一台28纳米工艺的国产沉浸式光刻机即将交付。尽管国产光刻机仍与ASML的EUV光刻机还有很大的距离,虽然起步晚,但是国人的不断努力,仍会弯道超车。

相关介绍:

光刻机目前一直处于垄断地位,在光刻机领域,最有名的就要提到ASML公司了,它是一家荷兰的公司。最初光刻机领域比较厉害的两个国家是荷兰和日本,而在2017年之后,ASML联合台积电推出了光源浸没式系统开始,将日本企业甩开距离,从此稳坐头把交椅的宝座。技术一直处于垄断地位。

一台顶级的光刻机需要各种顶级的零件支持,而这些零件大部分都来自西方的国家。而这些基本上都是禁止对我们国家出口,因此我国光刻机技术受到限制。前段事件美国制裁华为,不允许世界上任何一个国家给华为提供技术,华为虽然可以设计芯片,但是设计芯片的高端软件还主要依赖于海外。

高端光刻机技术(光刻机最新技术) 第1张

芯片被“卡脖子”,我国的光刻机什么时候才能突破封锁,达到先进水平?

光刻机封锁是连技术带产品的封锁,而且是层层的封锁,目前为止一共有三道。我国在21世纪的前二十年里已经接连突破了两道封锁线,形成了前所未有的自主攻势,毫无疑问,我国在什么时候突破第三道封锁线,决定权就在我们国内光刻机企业的手里;国外在什么时候解除第三道封锁线,主动权也在我们国内光刻机企业的手里,而到了突破或者解除的那个时候,我国光刻机大概率只会是达到世界先进水平的,还没能达到世界领先水平,即不是世界顶级的光刻机,却能以前所未有的高速度,接着突破国外又设置的第四道封锁线,向世界顶级发起冲锋。

低端和中端光刻机的封锁已经被解除了。两道封锁线都已经荡然无存了,美国和荷兰像是自动解除、提前解除封锁的,近年来让ASML连DUV中端光刻机都卖给我们国内企业那么多台了,是在我国光刻机企业还没有宣布国产中端光刻机下线消息的情况下。

看来,是由于知道我国光刻机企业已经突破了中端技术,并且已经转化为了中端产品,只是还停留在生产线上,待突破、能突破技术难关,而在下线后,对中端技术的封锁也就不解自除了。由此可知,我国光刻机企业是打破封锁的决定者,主要依靠的是自己对相关技术的突破,而美国和荷兰解除封锁则是被动的,不得不自动解除,而且只剩下供应产品这 1 个持续不了多长时间的选择了,相关技术的输入不再被需要。

我国光刻机企业基本突破高端光刻机技术并推出将很快下线的高端光刻机产品,会在未来的八年十年那时,在此之前的二三年里,美国和荷兰就会解除对高端光刻机产品的封锁。我国待突破的封锁线是第三道,是目前为止的最后一道,即对目前为止属于世界领先水平的高端光刻机技术和产品的封锁。

现在和在将来的一个时期内,我国企业买不来EUV光刻机产品,我国的光刻机企业更买不来EUV技术,这是由于美国和荷兰知道我国光刻机企业一时半会儿还不能突破相关的技术,技术转化为高端零部件直至整机的时间则是更长的,而现在不卖给EUV光刻机产品,就会让我国光刻机企业突破技术和作出产品的时间再长一些,

从而让我国需要EUV光刻机和需要高端代工、需要高端芯片的企业分别发展得慢一些、更慢一些;也是因为同时知道我国光刻机企业最终必定能够突破和作出高端光刻机的技术和产品,但心里已经习惯性地做好了在突破后、作出前再卖给产品的打算。美国和荷兰的等待是主动的,宁肯让ASML挣不到我国的钱,虽然听说ASML已经迫不及待了,而到时候让卖给产品却是被动的,无奈之下做出的唯一选择。

光刻机的技术国内短时间能攻克吗?

实话实说, 几乎没有可能短期内攻克光刻机。

现在荷兰ASML公司已经通过参股和出让股权的方式,把光刻机产业链的上下游全部变成了利益相关的团体。此时,光刻机行业实际上已经变成了一个寡头垄断的形式,就连光刻机行业的老二和老三,也就是日本的佳能和尼康都已经差不多出局不带玩了。作为还没有资格入局的国产光刻机厂商,想短时间追上去,那就是在说神话故事了。

目前,ASML公司通过积极参股的办法,变成了全球光刻机关键零组件提供商的大股东, 比如德国光学元件巨头蔡司就已经被ASML参股。这样以来,关键零组件提供商就已经和ASML站在一个战壕当中了。此时,任何一家光刻机厂商想要获得高质量的光刻机零组件,只怕都要过ASML这一关。在关键零组件上技不如人的结果,就是拖累整个光刻机的性能。ASML的这个计策不能不说很高明,直接“断别人根”的那种高明!

其次,所有最先进的芯片代工厂,也就是光刻机的用户,都已经变成了ASML的大股东,台积电、三星电子和英特尔都是ASML的关键大股东。 此时,ASML也就拥有了光刻机最大的市场,给自己建起来了最厚的护城河。因为光刻机本来就属于投资巨大,但市场规模有局限的一个市场。整个市场可能也就能养活一个高端的光刻机厂商,现在ASML基本上已经完成了市场垄断,后进的光刻机公司,基本上就不可能养活自己,这就是ASML的策略,把大客户变成了自己的大股东,非常成功的策略。

就不用说什么技术了,只从市场的角度就能看出,在光刻机行业上,其他厂商基本上已经没有太大希望入局了。因为投进去就是赔钱的行为,技术提高得越快,越能生产高水平的光刻机,这个后进的厂商就会越赔钱!这种明显是赔钱的行业,我想不出来哪个公司会勇敢地一直赔下去,哪怕是可以长期拿政府补贴,也是要看到成绩的,但很明显,在光刻机领域内将是长期看不到成绩。

另外,光刻机是几千个零组件组成的复杂设备。任何一个零组件水平不够,都会直接影响光刻机性能。 但现在关键零组件已经被ASML参股,使得中国获得这些关键零组件的机会锐减。因此,光刻机突破就要下沉到零组件层面的突破了。这就更需要花费时间了,甚至是无法想象的花费时间,但就这一个单点的障碍就卡住了整个光刻机的进度。此时,光刻机的进度就完全不可控了。而且,有时候,这种卡壳是用钱无法解决的。

至此,也就解释了光刻机的突破,从时间上来看,根本就是个无法预测的事情了!

高端光刻机技术中国已经攻克了。

攻克了技术离量产还需要时间。

光刻机技术不算是前沿技术但很麻烦周期长。

技术是周期短的带动周期长的。

中国光刻机技术较其他技术进步慢些是正常的。

搞 科技 不能急于求成要稳中求进。

中国不要学荷兰阿斯麦将不成熟的技术拿出来急功近利。

中国人做事情做就要做好。

中国人做光刻机是要做好整体生态打通产业链。

很难,至少需要十年

世界最高端的光刻机来自哪里

世界最高端的光刻机来自荷兰。

目前世界上最好的光刻机不是来自美国,韩国,英国、日本等这些芯片强国,而是来自荷兰的阿斯麦尔。

阿斯麦尔因为押宝台积电林本坚提出的浸润式显影技术,让光源技术突破极限,这个坚持给阿斯麦尔带来了转机。

在美国的扶持下,多家顶级公司对阿斯麦尔提供技术帮助,供应关键零配件,阿斯麦尔终于制造出最高端的光刻机,从此独霸全球市场。

光刻机的关键作用

现在℡☎联系:电子集成电路技术对世界的各种科技电子产品越来越应用广泛了,一个国家的发展越来越离不开高端芯片了,一个国家越是发展得越快对高端芯片需求量越大,比如我国的芯片需求占世界的50%以上,到现在我们的比较有名芯片设计商就是华为的麒麟了,但依然跟国际水平还是有一定差距,在芯片制造流程中的高端光刻机更差得远一点。

说到芯片,估计大家都知道是什么玩意,但说到光刻机很多人可能就不知道是什么东西了,光刻机就是制造芯片的机器设备,没有光刻机芯片是没法生产出来的,所以光刻机对于芯片制造业到底有多重要大家都知道。

高端光刻机为什么难“买”又难“造”?

我们国内确实是既难买又难造高端的光刻机,包括7纳米的和5纳米的,当前就是在这最后的一个端上陷入了现实的两难处境,短期内不可能脱离,是个长期性的现实。

只要成功研发出了高端的制造技术,难造就会变成易造了;只要即将成功制造出高端的光刻机产品,难买就会变成易买了 。处境变成两易的了!而到了两易的时候, 只要不受国内已经易买国外高端产品这个“外部干扰”,坚持不懈地自主制造即将成功的高端光刻机,直至下线、量产、上市,就完全彻底脱离出两难处境了 ,再买高端的,多了一个好的选择,头一回能来个货比两家,关键是个更好的选择,因为是本国自主可控的;再造更高端的,有了一个高的基础,关键在于更高端的不过是同一端上的,即便是顶级的。 这就是造与买的关系在我们中国的样子,连造与买低端和中端光刻机的关系也是这个样,与在美国及其盟国盟友那里的大不相同,已经被 历史 上的正和反事实反反复复地证明了。

造与买的关系在今后的中国只会是这个样! 与美国及其盟国盟友大不相同,我们国内不造高端以及顶级光刻机就根本买不到,将造出就买得到,已造出就会被国内和国外买,造出高端光刻机的企业也能赚来大钱,特别是,让本国的高端芯片制造企业在核心工艺设备上不可能再被美国和荷兰联合起来卡脖子了,在其它工艺设备以及材料上也就不可能再被美国单独卡脖子了,从而让本国的高端芯片设计企业在高端芯片代工上也不可能再被卡脖子,还让本国的高端封测企业将其拥有的高端技术用在高端国产芯片封测上,终结一连串本国企业的一大段无奈、尴尬甚至有的屈辱、有的耻辱的 历史 ;关键是,让本国断在高端光刻机技术和产品上的高端技术链产业链供应链建起了、强起了,整个雄起,尽管高端光刻机很可能是最后补上的一强,接着,高端自主的国产芯片就有了!再接着,就会有、还会相对快地有更为高端直至顶级的自主芯片!在达到了7纳米高端自主的时候,在整个的中国这里,买国外芯片花大钱的 历史 就终结了,卖国产芯片赚大钱的 历史 就开启了,看看吧、想想吧, 造不如买?!

为什么陷入了两难处境? 从现象上看,难买外国的是因为国内没有制造出来高端光刻机产品,难造本国的是因为国内没有研发出来高端光刻机技术,技术和产品都被国外垄断着,由此可知, 从实质上看,国内没有研发出来高端技术既是难买又是难造高端产品的实质性原因,也就是陷入两难处境的实质原因,正确处理造与买的关系就成为了摆脱两难处境的实质性办法 。 历史 事实表明, “造不如买”的实质就是“研不如买”。 自己研发出来高端自主制造技术包括整机集成的和部件制作的固然也是难的,不仅是最前面的难,还是最难的, 而到如今仍是难买又难造,与自主研发技术曾经是人为造成的最难大有关系 。

光刻机被誉为半导体产业皇冠上的明珠。光刻机的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上,在某种程度上来说,光刻工艺的决定了半导体线路的线宽,同时也决定了芯片的性能与功耗,越高端的芯片,所需要的光刻工艺也越先进。

“工欲善其事,必先利其器”,光刻机就是芯片制造中的那一把“利器”,也被誉为半导体产业皇冠上的明珠。光刻机的主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上,在某种程度上来说,光刻工艺的决定了半导体线路的线宽,同时也决定了芯片的性能与功耗,越高端的芯片,所需要的光刻工艺也越先进。

大家都知道,芯片很重要,离开了芯片,几乎所有电子设备都会失去作用。但要是离开光刻机,自然也就制造不出芯片,同样也不可能有手机、电脑等电子设备的产生。

光刻机的关键技术:以光为媒,刻化℡☎联系:纳于方寸之间

指甲盖大小的一枚芯片,内部却包含了上千万个晶体管,犹如一座超级城市,线路错综复杂,这跟光刻机的工作原理相关,其中涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度℡☎联系:环境控制等多项先进学科。因此光刻机是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备,具备极高的单台价值。

如果单纯从工作原理的角度来解析,光刻机并不复杂。“以光为媒,刻化℡☎联系:纳于方寸之间”,光刻机是通过串联的光源能力以及形状控制手段,将光束透射过画着线路图的校正,经过物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到硅片上,然后使用化学方法进行显影、刻蚀处理,最终得到刻在硅片上的电路图。

但是它最难的在于,需要在极小的空间内完成超精细的纳米级雕刻工艺,为具备这项能力。需要掌握的关键技术有很多,主要包括以下几种:

1、“℡☎联系:缩投影系统”即所谓的“光刻机镜头”。这种镜头不是一般的镜头,其尺寸可以达到高2米直径1米甚至更大。光刻机的整个曝光光学系统,可能需要20多块锅底大的镜片串联组成,将光学零件精度控制在纳米级别。每块镜片都由高纯度透光材料制成,还包括高质量抛光处理等过程,一块镜头的成本在数万美元上下;

2、既然叫做“光刻机”,所以“光源”也是光刻机的核心之一,要求光源必须发出能量稳定且光谱很窄很窄的紫外光,这样才能保证加工精度和精度的稳定性。按照光源的发展轨迹,光刻机从最初的紫外光源(UV)发展到深紫外光(DUV),再到如今的极紫外光(EUV),三者最大的不同在于波长,波长越短,曝光的特征尺寸就越小。

(资料源自上海℡☎联系:电子官网、东兴证券研究所,OFweek电子工程网制图)

最早的光刻机采用汞灯产生的紫外光源,从g-line一直发展到i-line,波长从436nm缩短到365nm。随后,业界利用电子束激发惰性气体和卤素气体结合形成的气体分子, 向基态跃迁时所产生准分子激光的深紫外光源,将波长进一步缩短至193nm,由于在此过程中遇到了技术障碍,因此采用浸没式(immersion)等技术进行矫正后,光刻机的极限光刻工艺节点可达28nm。

如今,业界最先进的光刻机是EUV光刻机,将准分子激光照射在锡等靶材上,激发出波长13.5nm的光子作为光刻机光源。EUV光刻机大幅度提升了半导体工艺水平,能够实现7nm及以下工艺,为摩尔定律的延续提供了更好地方向。而业界也只有ASML一家能够提供EUV设备,处于产业金字塔顶端;

3、分辨率,对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。光刻的分辨率受光源衍射的限制,所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面都有关系,总体来说,分辨率和光源波长的关系可以用公式“R(分辨率)=K1(工艺参数)λ(光源波长)/NA(光学镜头的数值孔径)”;

4、工艺节点,是反映芯片技术工艺水平最直接的参数。工艺节点的尺寸数值基本上和晶体管的长宽成正比关系,每一个节点基本上是前一个节点的0.7倍,0.7X0.7=0.49,所以每一代工艺节点上晶体管的面积都比上一代小大约一半,因此单位面积上的晶体管数量将翻番,这就是著名的摩尔定律。一般18 24个月,工艺节点就会发展一代。

工艺节点发展以28nm为分水岭,虽然依然按照0.7倍的规律前进,但实际上晶体管的面积以及电性能的提升远落后于节点数值变化。比如英特尔当时统计数据显示,他们20nm工艺的实际性能已经相当于三星14nm和台积电的16nm工艺。更麻烦的是,不同厂商工艺节点换算方法不一,导致了很多理解上的混乱。因此,只有对芯片有很高要求的产品才会采用28nm及以下先进工艺。当然,发展到现在,台积电已经开发出了更为先进的5nm工艺并实现量产,今年下半年就会有搭载相关芯片的产品面世。

高端光刻机为什么难买又难造?

一般来说,一条芯片生产线上需要好几台光刻机,而一台光刻机的造价也非常高,其中成像系统和定位系统最贵,整台设备算下来造价三千万到五亿美元不等。此外,光刻机上的零部件还包括来自瑞典的轴承、德国的镜头、美国的光栅、法国的阀件等等,都属于各个国家的高端工艺产品。

光刻机的折旧速度非常快,每天大概就要花费3 9万人民币,将其称为“印钞机”也不为过。正是因为光刻机昂贵的造价和上文中提到的各项高先进技术,ASML一年也只能制造出20多台EUV光刻机。

这么昂贵的设备,ASML公司一年卖出几台就够养活整个公司了,中国市场一直以来都是ASML看好的重点业务区域,但是却偏偏不能向中国出售高端光刻机,为什么呢?这里就要提到《瓦森纳协定》。比如中芯国际苦苦等待的EUV光刻机,虽然设备一直没到,但是也没有因此停止研发进程,已经在14nm的基础上研发出“N+1”、“N+2”工艺,等同于7nm工艺,公司联合首席执行官兼执行董事梁孟松也透露出,现阶段哪怕不用EUV光刻机,也可以实现7nm工艺。但想要大规模成熟量产,依然离不开EUV光刻机。

中国又被誉为“制造大国”,既然买不着,那自己造如何?

在过去,搜狐能 copy 雅虎,淘宝能 copy eBay,滴滴 copy Uber,那咱们能不能 copy 一个ASML出来自己造光刻机?要知道,ASML可谓是当前光刻机领域的“一哥”,尽管尼康和佳能与之并称“光刻机三巨头”,但在支持14nm及以下的光刻机上,唯有ASML一家独大。

“光刻机之王”ASML的成功难以复制。ASML出身名门,由原本荷兰著名的电器制造商飞利浦公司半导体部门独立拆分出来,于2001年更名为 ASML。

在ASML背后,还有英特尔、三星、台积电、SK海力士等半导体巨头为其撑腰,只有投资了ASML,才能成为其客户,拿到光刻机产品的优先供货权。多方资本注入下,ASML也有了更多强化自身实力的机会:

2001年,ASML收购美国光刻机厂商硅谷集团获得反射技术,市场份额反超佳能,直追尼康;

2007年,ASML收购美国 Brion 公司,成为ASML整体光刻产品战略的基石;

2012年,ASML收购全球知名准分子激光器厂商Cymer,加强光刻机光源设备及技术;

2016年,ASML收购台湾半导体设备厂商汉℡☎联系:科,引入先进的电子束晶圆检测设备及技术;

2016年,ASML收购德国卡尔蔡司子公司24.9%股份,加强自身℡☎联系:影镜头技术;

2019年,ASML宣布收购其竞争对手光刻机制造商Mapper知识产权资产。

在上文中提到,光刻机设备融合了多门复杂学科,不仅种类繁多,还要求是当前该领域最先进的技术,放眼当下没有任何一家公司敢说自己能在这些领域都做到最好。也就只有ASML能够不断通过自研、收购等方式,一步步走上神坛。

说出来很多人可能不信,我国最早研发光刻机的时候,ASML还没有出现。资料记载,1977年也就是中国恢复高考那年,我国最早的光刻机-GK-3型半自动接近式光刻机诞生,由上海光学机械厂试制。

80年代其实开了个好头,1981年,中国科学院半导体所成功研制出JK-1型半自动接近式光刻机样机。1982年国产KHA-75-1光刻机的诞生,估计跟当时最先进的佳能相比也就相差4年。1985年中国第一台分步投影式光刻机诞生,跟美国造出分布式光刻机的时间差距不超过7年。这些都说明当时中国其实已经注意到了投影光刻技术的重要性,只是苦于国内生产工艺尚不成熟,所以很难实现量产。

80年代末期,“造不如买”的思想席卷了大批制造企业,我国半导体产业研发进程出现了脱节,光刻机产业也未能幸免。

虽然后续一直在追赶国外列强的脚步,但产业环境的落后加上本来就与世界先进企业有差距,使得中国终究没有在高端光刻机领域留下属于自己的痕迹。

“眼看他起朱楼,眼看他楼塌了”,80年代初期奠定的中国光刻机产业基础就这样被轻视了。这也是为什么我国光刻机产业一直赶不上国外的原因,再加上光刻机制造所需要的各种零部件,也都受到不同程度的管制,如今想再追回来,实在太难。

中国高端光刻机正在路上

2001年, 科技 部和上海市于2002年共同推动成立上海℡☎联系:电子装备公司,承担国家“863计划”项目研发100nm高端光刻机。据悉,中电科四十五所当时将其从事分步投影光刻机团队整体迁至上海参与其中;

2008年, 科技 部召开国家 科技 重大专项"极大规模集成电路制造装备及成套工艺"推进会,将EUV技术列为下一代光刻技术重点攻关的方向。中国企业也将EUV光刻机列为了集成电路制造领域的发展重点对象。

如今,国内从事光刻机及相关研究生产的除了上海℡☎联系:电子装备、合肥芯硕半导体、江苏影速集成电路装备以外,还有清华大学精密仪器系、中科院光电技术研究所、中电科四十五所等高校/科研单位。

在研发成果上,2016年,清华大学“光刻机双工件台系统样机研发”项目成功通过验收;2016年,清华大学“光刻机双工件台系统样机研发”项目成功通过验收;2018年,国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备”通过验收,也是世界上首台用紫外光源实现22nm分辨率的光刻机,意义在于用便宜的光源实现较高的分辨率,用于一些特殊制造场景。

可以看到,在光刻机的自主研发进程上,中国也取得了很大的进步。但相对来说比较缓慢,要想真正研发出高端光刻机,需保证多个学科和领域的技术水平达到或者超过世界先进水平,任何一环节落下都会影响产品的性能。

这是美国的精准打击,有本事查查这个馊点子是如何出笼?我觉得正是我们50年代人掌舵时缺乏几乎所有科学知识,被自己权力切割,连同40后与60后的纽带一同切掉,30后已失能,40后除做房地产的尖子,其余趋向失能,50后是鸿沟的分界,权力中心做自然科学的极少,人才都是做买卖的,买不到自然只有造,说造,得创新,虽然少,但不乏有能做光学化学电学,机电一体化的,光电的组织能力,基本都要退休能要吗?后来60,70都是40,50教的,他们都缺乏系统边缘渗透交融能力,天天喊隔行如隔山,各霸一方,搞这种综合高 科技 设备既缺乏专业精通,又少有隔行合作的气量,包括航空发动机也一样,他瞄准了不打这,那打什么?

高端光刻机难买是因为以美国为首的西方国家对中国进行严密的技术封锁,难造是因为光刻机是高 科技 的集成产品,在我国基础如此薄弱的情况下还能取得如此成绩本身就是一个奇迹,假以时日,光刻机也会象盾构机一样被攻克。

因为世界上的高端光刻机只有荷兰在生产,产量有限所以难买。光刻机融合了工业制造的几乎各个方面的高精技术所以也难造。

难买是别个不想让你超越自己!难造是因为之前有配套设施没把它当回事!接下来重视起来了就不难造了!

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