国家平台在前段时间公开发布了193nm波长的氟化氩光刻机,这款国产光刻机是干式技术,在市场上面距离国际水平还有两代产品技术的差距。
目前国际最顶级的光刻机产品,就是来自于荷兰ASML的双级EUV光刻机,13.5nm的波长,8nm分辨率。
由于这种光刻机的光源是极紫外线,属于软X光,所以无法在光源中间加入介质。这也就说明,EUV光刻机对于前两代的干式光刻机、浸润式光刻机来说,是一个完全重构的技术产品,以往的技术要全部推倒重来。
EUV光源技术我们先来讨论EUV的光源技术,光刻机需要通过反射镜来引导光线,但是极紫外线的反射效率非常低,并且需要反射十多次之后,才可以将光源达到晶圆的位置。在达到晶圆的位置之后,极紫外线的整体能量已经不足2%,完全无法进行晶圆的制造,这就需要一个极其强大的光源。
极紫外线技术,最早是英特尔提出的,并且美国政府还组建了一个名为EUV LLC的技术联盟,其中包括了英特尔、国家能源部、摩托罗拉、AMD、IBM等来自于美国的高科技企业,一起攻克极紫外线的光刻机技术。
有了技术联盟,还需要有一个光刻机厂商,来测试新技术。
当时ASML还没有发展起来,日本的尼康是国际光刻机的老大。但是美国跟日本因为半导体产业打过一次贸易战,所以美国对日本企业非常敌对,唯一的机会给到了荷兰的ASML。
ASML为了表明自己的立场,率先说明自家企业要在美国建工厂和研发部,以此来优先满足美国本土的产品需求。并且还保证,在光刻机的零部件中,55%的零件采用美国的供应商,接受美国政府的定期产品审查。
于是,ASML顺理成章的加入了由美国高科技团体组成的EUV LLC技术联盟。
6年之后,EUV LLC联盟攻克了光源、抗蚀剂、防护膜上的三大难题,并且验证了极紫外线光刻机的技术可行性。
由ASML牵头,联合了3所大学、10所研究所、15家技术公司,开始推进EUV光刻机的产出。
EUV光刻机的推出由于EUV光刻机的制造非常困难,耗费的时间太长,所以在ASML打造光刻机的过程中,三星、英特尔、台积电这些大企业纷纷开始耐不住性子,对持有的股份进行减持。
但是华尔街资本却源源不断地给ASML注资,以至于到了后来,ASML的两个最大股东都是美国企业,ASML被美资所主导。在2013年,ASML在美国资本的帮助下,并购了西盟,掌控了极紫外线光源的技术来源。
极紫外线光刻机的两大核心就是光源和镜头,解决了光源,下一个就是镜头。
在工业镜头领域,能应用在光刻机上面的产品,只有德国的蔡司镜头可以达到。
于是ASML用10亿欧元,购买了蔡司子公司,卡尔蔡司SMT 24.5%的股份。两家公司一起联手,为EUV光刻机制造独家的镜头零部件。
整合了美国技术和德国技术的ASML,已经成为了EUV光刻机的唯一希望。
2014年,ASML推出了EUV光刻机NXE3350B,主要的应用领域是7nm工艺。
2019年,ASML推出了EUV光刻机NXE3400C,可以直接应用在5nm制程芯片的制造中。这台光刻机,重达180吨、10万+个零部件,就连调试安装,都需要1年左右的时间。
并且ASML的上面还有两个同系的大公司,一个是负责薄膜沉积设备研发的公司,一个是负责半导体元器件集成和封装的大公司。
这两家公司涵盖了芯片制造的前端和后端供应,再加上ASML的独家光刻机,整个的光刻机产业链,被荷兰牢牢把控住。
国产光刻机的困难中国的中芯国际,曾经在2018年花费9亿元,向ASML购买了一台EUV光刻机。这笔交易的资金,基本上耗尽了中芯国际上一年的所有利润。
但是由于美国商务部的施压,这台设备迟迟无法正常交付。
现在的EUV光刻机市场,占大头的也就是台积电、三星、英特尔和海力士这几家企业,中国的大陆地区,还并没有EUV光刻机的引入。所以说,中国大陆地区是ASML的一个潜在客户,并且也是对EUV光刻机需求极大的地区。
国产光刻机的牵头企业,就是上海微电子公司。上微的光刻机只是在低端产品上面有所突破,大部分都是应用在封装环节上面。至于应用在芯片制造上面的光刻机,目前还没有。
其中的关键因素,还是因为零部件的供应问题。
中国目前在极紫外线光源、光学镜头、工作台等方面与国际水平差距较大,但是长春光机所已经在光源和工作台上面有所突破。不过其他零部件的配套能力不足,导致这些技术没有办法通过设备来进行测试。
光刻机是一项复杂的工程项目,涉及的体系太多,其中包括了光学镜头、激光器、高精度加工、控制系统、配套软件等多方面因素。单独的一家企业,无法同时涉足这么多的技术领域。哪怕是ASML的光刻机,都是整合了西方多个国家企业的资源才打造出来的产物。
想要打造出国产化的EUV光刻机,两大核心难点就是光源技术和供应链体系。
目前我们在光源上面掌握了一些技术,有了五成的成功率。
剩下的五成,就是解决EUV光刻机的供应链问题。
供应链中,最难的地方就是光学镜头。
光刻机的镜头,已经被德国蔡司完全垄断,而且一时半会儿找不到相匹配的供应商,这也是我们现在国产高端光刻机被卡脖子最严重的地方。只要解决了镜头的供应问题,那么我们在打造EUV光刻机上面,会轻松许多。