中国的光刻机技术和荷兰的光刻机技术,关键点的区别到底在哪?

    我国的光刻机和荷兰ASML光刻机的差距,反映了我国和西方精密制造领域的差距 。一台顶级的光刻机,关键零部件来自于不同的西方国家,美国的光栅、德国的镜头、瑞典的轴承等,最麻烦的是,这些顶级零件对我国是禁运的 。
中国的光刻机技术和荷兰的光刻机技术,关键点的区别到底在哪?
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    我国最好的光刻机厂商    我国生产光刻机最好的企业是“上海微电子”,量产90nm工艺的光刻机,而荷兰ASML最新的额光刻机是7nm EUV光刻机,差距还是比较大的 。上海微电子是一家系统集成商,不生产关键零部件,所以做不出高端光刻机,也不是它的责任 。
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    目前,能做好的就是上海微电子做好中低端光刻机,毕竟大多数的芯片不需要高端光刻机 。做好了中低端,生存下去,慢慢培养国内的零部件商,一点一点往上做 。
    荷兰ASML光刻机    目前,荷兰的AMSL几乎垄断了高端光刻机市场,最先进的EUV光刻机只有ASML能够生产 。我国的中芯国际曾经在2018年成功预定了一台EUV光刻机,但是至今仍未收到,原因相信众所周知,受到了某些外界因素的影响 。不过,中芯国际在现有的技术上,已经实现了N+1,也就是7nm制程工艺 。
    荷兰的ASML有一个非常奇特的规定“只有投资了ASML,才能优先获得供货权” 。由于EUV光刻机产量有限,早早被“合作伙伴”预定,三星、英特尔、台积电、海力士等在AMSL都有可观的股份,可以说大半个半导体行业都是ASML一家的合作伙伴 。
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    除此之外,ASML的光刻机90%的零件均自外来,德国的光学设备、美国的计量设备等,ASML就是要做到精确控制 。7nm的EUV光刻机分为13个系统,3万多个分件,要将误差分散到这13个系统中,可见ASML的“神乎其技” 。也难怪上海微电子的人到ASML参观学习,ASML说“即便全套图纸给你们,也做不出来” 。
【中国的光刻机技术和荷兰的光刻机技术,关键点的区别到底在哪?】
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    我们应该怎么做?①充分利用国内的资金和政策支持 。中兴事件告诉我们,不能对国外支持过于依赖,要有自己的核心技术;
②分散进攻,不可大包大揽 。对于一些零件可以外包,甚至使用国外的零件,日后寻求替代,需要整合国家,甚至全世界的资源;
③使用坚持自主研发和进口替代 。一定要掌握核心技术,有些东西虽然暂时有国外产品可以应用,但是人无远虑必有近忧,不能放弃对自主研发和核心技术的不懈追求 。
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其他网友观点中国的光刻机在现有技术路径下,在非EUV光源领域(193nm液浸式),假以时日,是可以追上荷兰阿斯麦的,但在EUV(极紫外13.5nm光源)这条技术路线上,除非另开科技树,追上阿斯麦的可能性不大 。这就是我们和荷兰光刻机技术的最关键差距,这已经不单纯是市场竞争问题,而是和太平洋对岸的米国有关,日本尼康(没错,造单反相机的那家公司)当初就吃过这个瘪,后面细说其中渊源 。
前面有回答说,顶级光刻机(限定于非EUV)的关键零部件来自于不同的西方国家,这一点不假,但要说离不开德国(蔡司)的镜头、瑞典的轴承,这个有点稍显夸张,因为瑞典轴承这样的精密机械,随着国内机械工业进步,是可以点开这棵科技树的 。
至于镜头,折射的镜头确实是蔡司的最好,但蔡司的镜头在EUV时代也被放弃了,因为相位差问题和EUV光线经过折射后能量损失较大,所以EUV光刻机改用镀膜反射镜头 。
EUV是目前最顶级的光刻机,既然可以放弃蔡司的镜头,说明它还真不是制约顶级光刻机研发的最关键因素 。实际上,阿斯麦通过控股蔡司的方式,使蔡司镜头只能独家供应阿斯麦,但并没有垄断非EUV光刻机(目前垄断的是EUV光刻机),其它玩家还有日本的尼康和佳能,其中尼康的ArF(氟化氩光源)液浸式扫描光刻机和阿斯麦的同类光刻机有一拼,最高可以做到5nm.
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当然,尼康的5nm说法有没有吹,无法确证,因为现在芯片制造领域,为了市场宣传需要,大喇叭们马力开足,混淆概念,自立标准,所以才出现了台积电7nm工艺制造的芯片晶体管密度竟然和英特尔10nm工艺的相当 。
不过,有一点可以肯定,尼康的NSR-S635E光刻机实现中芯国际正在研发的7nm工艺问题不大 。
说到这里,其实牵出另一个问题,一直到2009年之前,光刻机的市场,尼康还是老大,阿斯麦不过是后面追着跑的马仔,为何10来年过去,尼康在光刻机市场混得越发破落,让阿斯麦吃香喝辣呢?
除了尼康在液浸式光刻机上点错科技树,让阿斯麦借机上位外,最重要的是在研发EUV光刻机时,被米国一脚踢开,无缘EUV光刻机 。
其中的故事,料很多很足,足可为我们镜鉴,但文字稍长,没有耐心不想深挖的网友可以离场了 。1997年,英特尔和米国能源部共同发起成立EUV LLC组织,汇聚了美国顶级的研究资源和芯片巨头,其中包括劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚国家实验室等三大国家实验室,联合摩托罗拉(当时如日中天)、AMD等企业,投入2.25亿美元资金,集中了数百位顶尖科学家,只为一件事:EUV(极紫外)光刻机到底可不可行?
说白了,这是一项关于下一代光刻机的基础研究,成了的话,等于点开了新的科技树 。
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阿斯麦公司员工餐厅
当时美国光刻机企业已经衰落,市场上实力较强的主要是阿斯麦和尼康,佳能心比较大,眼看搞不过阿斯麦,掉头专心做显示器光刻行业了 。因此,英特尔邀请尼康和阿斯麦一起参加EUV项目 。当然,英特尔也不是助人为乐,而是考虑到有两家公司参与的话,将来不用担心被痛宰(参考苹果公司的第二供应商制度) 。
但米国政府不乐意了,担心最前沿的技术落入外国公司手中,因此反对阿斯麦和尼康加入EUV LLC 。从这里也可以看出,美国和它的盟友并不总是掏心掏肺 。
阿斯麦对美国政府许下一大堆承诺后,勉强进入了EUV LLC这个超级朋友圈当一个小角色 。
尼康则没有这么幸运,由于当时日本还被米国视为经济上的对手,在贸易上和日本掐个不停,所以直接被拒绝 。没有拿到EUV光刻机的入场券,尼康从此被关在高端芯片制造设备的门外,阿斯麦则垄断了EUV光刻机市场,尽管每台卖1.2亿美元,我们由于《瓦森纳协议》限制,有钱买不到,中芯国际向阿斯麦下的EUV光刻机单子,钱交了,货还在审批中 。
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芯片制造车间
在非EUV光刻机领域,有国产产品,性能落后一些,假以时日打磨,可以逐渐追上国际先进水平,但在EUV光刻机领域,我们完全是一片空白,这影响到了我们的晶圆代工厂芯片工艺制造,卡在7nm上不去 。而EUV光刻技术又被米国牢牢把控,别怪阿斯麦,在整个项目中,前面说了,它也只是打酱油的 。
这方面的详细内容,有兴趣的网友,可以参考我在头条号的文章《阿斯麦封神背后》 。所以,我们如何在EUV光刻技术上点开科技树,是当前的一个重大挑战,也关系到国产芯片的未来 。
其他网友观点我国自主光刻机是紫外光刻,能到90nm,65nm,也有报道说22nm,14nm 。14nm应该不可能,65nm是可靠的 。
据报道,去年4月武汉光电国家研究中心的甘宗松团队,掌握了利用二束激光进行9nm芯片工艺制程的技术 。这是不一样的技术,还在研究中 。
荷兰现在是极紫外光刻技术,可到7nm5nm甚至更小 。
但我认为我们国家和各企业非常重视这块,技术很快就能突破,超过难,跟上国际先进水平问题不大

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