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光刻機到底有多難,中國花費17年才能取得突破

獨愛72H ? 來源:微回收 ? 作者:微回收 ? 2019-11-28 17:19 ? 次閱讀

(文章來源:微回收)

光刻機芯片制造最為重要的設備之一。目前,ASML壟斷了全世界的高端光刻機。中國一直以來都想掌握光刻機技術,但是上海微電子經過17年的努力,才造出90nm的光刻機,這已經十分不容易了,這可是0的突破。那么為什么光刻機這么難造呢?

首先,光刻機分為光刻機分為前道光刻機、后道光刻機等。前道光刻機就是大家熟知的ASML的光刻機,用于芯片制造。后道光刻機主要用于芯片封裝,上微目前在后道光刻機上已經達到了全球主流技術水準,而前道光刻機,也就是大家所熟悉的ASML光刻機,這才是難度最高的光刻機。2002年,上海微電子裝備公司總經理賀榮明去德國考察時,有工程師告訴他:“給你們全套圖紙,也做不出來。”

賀榮明幾年后理解了這句話。光刻機,被稱為現代光學工業之花,其制造難度之大,堪稱人類智慧集大成的產物。光刻機跟照相機差不多,它的底片,是涂滿光敏膠的硅片。電路圖案經光刻機,縮微投射到底片,蝕刻掉一部分膠,露出硅面做化學處理。制造芯片,要重復幾十遍這個過程。

位于光刻機中心的鏡頭,由20多塊鍋底大的鏡片串聯組成。鏡片的高純度透光材料+高質量拋光。SMEE光刻機使用的鏡片,得數萬美元一塊。ASML的鏡片是蔡司技術打底。鏡片材質做到均勻,需幾十年到上百年技術積淀。“同樣一個鏡片,不同工人去磨,光潔度相差十倍。”SMEE總經理賀榮明說,賀榮明在德國看到,拋光鏡片的工人,祖孫三代在同一家公司的同一個職位。

除此之外,光刻機需要體積小,但功率高而穩定的光源。ASML的頂尖光刻機,使用波長短的極紫外光,光學系統極復雜。有頂級的鏡頭和光源,沒極致的機械精度,也是白搭。光刻機里有兩個同步運動的工件臺,一個載底片,一個載膠片。兩者需始終同步,誤差在2納米以下。兩個工作臺由靜到動,加速度跟導彈發射差不多。SMEE最好的光刻機,包含13個分系統,3萬個機械件,200多個傳感器,每一個都要穩定。這些上微都很難達到。

除此之外,英特爾三星、臺積電等半導體巨頭都會給予ASML資金還要技術支持,像有一年,英特爾、臺積電、三星等彼此競爭的三大巨頭,竟聯袂投資ASML41億、8.38億、5.03億歐元。如今,ASML研發經費倍增到每年十三億歐元的規模。多出的一倍,ASML自己出一半,三大半導體巨頭合出另一半。

而技術支持,現任臺積電研發副總、世界微影技術權威林本堅,在當時力排眾議,認為將市面既有的193nm微影透過水折射,效果可較當時被期待接棒的157nm為佳。ASML也迅速呼應臺積電,一年后,推出世界第一臺以水為介質的浸潤式微影實驗樣機。該技術大受歡迎,迅速成為業界主流,日本的Nikon與佳能投入巨資研發的157nm微影技術,竟從此被擱置。自此Nikon與佳能再也無法與ASML在高端光刻機上競爭。

另外,ASML還有很多研發伙伴,包括荷蘭的大學、歐洲研究機構。這樣IMEC可以用很低的價格,拿到ASML最新的機臺;而ASML也可以借此提前了解下一代晶片技術的需求,形成了一個良好的合作循環。這些都是上海微電子所不具備的,先不提國外對我們的技術封鎖,就目前我們也無法將設備做到如此精細,而且我們的大學研究機構在半導體領域也偏薄弱,無法提供有效的技術支持。
(責任編輯:fqj)

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