光刻机是芯片制造的关键设备,我国投入研发的公司有℡☎联系: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℡☎联系: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℡☎联系: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℡☎联系: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℡☎联系: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℡☎联系: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℡☎联系: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℡☎联系: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。
中国光刻机现在达到了22纳米。在上海℡☎联系:电子技术取得突破之前,我国国产的光刻机一直停留在只能制造90nm制程的芯片。
这次我国直接从90nm突破到了22nm也就意味着我国在光刻机制造的一些关键核心领域上已经实现了国产化。而自己掌握核心技术有多重要自然不言而喻,在突破关键领域以后,更高阶的光刻机的研发速度只会越来越快。国产光刻机突破封锁,成功研制22nm光刻机,中国芯正在逐渐崛起。
高端的投影式光刻机可分为步进投影和扫描投影光刻机两种,分辨率通常七纳米至几℡☎联系:米之间,高端光刻机号称世界上最精密的仪器,世界上已有1.2亿美金一台的光刻机。高端光刻机堪称现代光学工业之花,其制造难度之大,全世界只有少数几家公司能够制造。
说到光刻机,那就是国人的痛处,毕竟被卡脖子的感觉真的太难受了,其实我们在半导体领域被卡脖子的不只是光刻机,半导体产业链里面,我们能够自主掌握技术的不到一半,还有一半要靠外国的先进设备和技术做支撑,认为只要突破光刻机技术就能不受到卡脖子,那其实就有点想的太简单了。
光刻机的确是非常重要的环节,曾经在六十年代的时候,我们的光刻机水平其实并不比欧美的差,在六十年代的时候,我们的机械领域其实也并没有说落后太明显,只是在特殊的十年当中,导致了我们落后,这还只是开始,在八十年代的时候,由于西方先进产品进入国内市场的影响,又导致了我们在八九十年代错过了机会。
这样总共失去三十年的时间,就是因为这样才导致了中间的空白期没办法弥补,就算我们后面这二十年的时间在发力,但是也很难真正的短时间内赶上,毕竟别人也并没有在原地踏步,我们在进步别人也一样在前进,中间还存在着代差,加上原本工业基础的薄弱,才有了现在的这种情况。
目前市场上我们能够自行生产的光刻机精度只有90纳米级别,中芯国际升级的14纳米技术其实并不是我们自己生产的设备,这个就很尴尬了,虽然说上海℡☎联系:电跟科学院联合研发出来了28纳米的光刻机技术,但是这个目前来说也只是在实验室里面的数据,离组装到现实中使用,还不知道要到什么时候。
荷兰的阿麦斯光刻机,已经拥有了5纳米的生产技术,已经正式投产使用,想象一下中间还有14纳米的门槛和7纳米的门槛,现在中芯国际使用的光刻机还是人家的淘汰品,在我们手中现在可是当做宝贝一样,可想而知差距有多大了吧,光刻机技术我们最多现在在第三的位置。
因为荷兰阿麦斯公司的光刻机肯定是金字塔顶端的存在,这个是万国科技结合的产品,在第一的位置实至名归,第二梯队是日本和美国,自身有研制出来14纳米技术的光刻机的实力,这个也是实至名归的,我们现在能自行研发28纳米的技术,算是第三梯队的,这个其实已经很不错了。
毕竟全世界有能力自行研制高精度光刻机的国家一个手掌都能数出来,我们就是其中之一,虽然水平和差一些,但是这也证明了我们自身有这个能力,只是在主要部件上面是不是能实现国产化,这个才是最重要的,不然主要部件用别人的回来组装,会被别国禁止使用,像美国禁止中芯国际一样。
中国的半导体产业虽然谈不上落后,但也算不上先进,有像华为海思这样闻名全球的芯片公司,也有崭露头角的汇顶 科技 、紫光展锐这样的芯片公司。但整个半导体产业链其实是非常庞大的,中国的芯片公司主要只是掌握了设计。
整个半导体产业链规模是十分庞大的, 从EDA到芯片设计、芯片制造,到最后封装测试,所涉及到的公司不计其数。 而在中国大陆,半导体产业主要存在于芯片设计这块,我上面提到的华为海思便是主要做芯片设计,并未参与到制造过程中。
中国的芯片公司把产品设计出来后再交给代工厂生产,如咱们熟悉的台积电,不仅是麒麟系列芯片的代工厂,还是苹果A系列芯片的代工厂,也就是说, 台积电是芯片设计公司的上游供应商,而在台积电的上面,还有更上一级的供应商,那就是半导体设备商。
整个半导体制造产业中,最核心的设备就是光刻机, 因为缺少了光刻机,中芯国际目前仅取得了14nm工艺进展。 相比之下,台积电已经在量产5nm、规划3nm工艺了,所存在的差距确实是巨大的。不过现在好消息传来了,中国已经开始追赶了。
投影物镜、工件台和光源,这是制造光刻机的三大核心子系统,对自主生产光刻机有着至关重要的作用。 早在2001年的时候,荷兰光刻机公司ASML就生产出了双工件台系统, 极大的提升了光刻机的产能,从原本单工件台的80片/时,提升到了270片/时。
就在那时候,ASML已经把光刻机的分辨率已经推进到0.1℡☎联系:米,而中国光刻机分辨率还处于0.8到1℡☎联系:米,而且缺乏产业化,主要研制单位都是研究所。ASML双工件台系统的推出,引起了清华大学机械工程系教授朱煜的关注。
朱煜当时就认定,中国必须掌握这样的顶尖技术,因为这是强大的技术壁垒,双工件台称得上是半导体产业中一个世界级的难题。 在这样的背景之下,朱煜参与了“十五”、“863”IC装备重大专项的规划工作,2004年便研制出了10纳米同步精度的超精密运动平台。
但在后续的研发过程中,朱煜团队又陷入到了瓶颈之中,从2004到2008年,团队一度因为研发经费不足而几乎停滞,好在2009年“02专项”开始实施,团队才再次获得科研经费,从这时开始,朱煜团队开始重点研发双工件台。
为了加快产业化进程,2012年朱煜等人成立了华卓有限,也就是如今的华卓精科,经过长达8年的努力,朱煜团队终于开始收获回报了。 2016年华卓精科研制成功两套α样机,这也是“02专项”光刻机项目群中,首个通过正式验收的项目。
如今在朱煜等人带领下的华卓精科,成功 打破了ASML长达20年的双工件台垄断, 成为了全球第二家掌握高端光刻机双工件台的企业。按照计划, 华卓精科将于2021年生产可用于浸没式28nm光刻机的DWSi系列双工件台,朱煜表示,这款产品的售价约为6000万元。
目前华卓精科已经拿下了上海℡☎联系:电子的订单,公司的工件台已经于2020年4月供货。不过摆在华卓精科面前的难题依然艰巨,因为这家公司目前仅有上海℡☎联系:电子一家客户,而全球三大光刻机厂商尼康、佳能和ASML的高端工件台均为自主研发。
需要注意的是,尼康、佳能和ASML合计占据全球超过90%的光刻机份额,华卓精科基本上没有任何机会向这三家企业销售工件台。三家公司也都一致地认为,工件台属于核心技术,不对外销售,因此才使得华卓精科成为了上海℡☎联系:电子工件台的唯一供应商。
总之摆在华卓精科面前的难题依然很严峻, 首先是客户单一化,成为了企业营收最大的难题;其次上海℡☎联系:电子主要生产SSX600和SSX500 两个系列的光刻机,只能满足90nm工艺需求, 对于日渐提升的半导体产业而言,意义还是很有限的。
所以中国自主光刻机能否实现更进一步的突破,还得看后面上海℡☎联系:电子能够做得怎么样。 据悉,上海℡☎联系:电子的28nm光刻机即将于2021年交付,其中华卓精科的工件台起到了非常重要的作用。 真心希望如外界所言,国产光刻机能够在2021年迎来新的突破!