我們知道,未來建立在5G基礎的發展,不管是人工智慧,還是所謂雲技術、物聯網,晶片將是所有技術實現的核心,是大腦主控中心。在全球近幾十年的半導體發展中,矽基半導體,成為工業批量化生產的主要對象。要想成功生產半導體晶片,必須要經過溼洗、光刻、離子注入、幹/溼刻蝕、等離子衝洗、快速熱退火、熱氧化、化學氣相沉積、物理氣相沉積、分子束外延、電鍍處理、化學機械處理、晶圓打磨和晶圓測試等過程,完成後再封裝和成品測試。
晶片的加工製造,流程複雜,標準嚴格。沒有強大的技術背景做支撐,是無法成功實現晶片加工的。正所謂沒有金剛鑽,不攬瓷器活。光刻,是晶片製造中難度最大、耗時最久的工藝,成本超過整個晶片生產成本的30%,它也是我國高端晶片製造急需解決的主要問題之一。因為尚未完全掌握14nm以下晶片製造的核心技術,晶片加工只能依靠代工(光刻設備和光刻材料一直是被國外壟斷的)。
最近的華為晶片「斷供」,就是源於荷蘭ASML光刻機,特別是EUV設備,一直是世界技術壟斷的,如果不能突破這些技術,我們將受制於人。為了不被卡脖,我國光刻領域的科技公司---華卓精科,傳來了一個喜人的消息:華卓精科突破了光刻機雙工件的核心技術,打破ASML光刻機在工件臺上的全球技術壟斷,成為世界第二家掌握雙工件核心技術的科技公司,並且部分技術和設備已經達到世界領先水平。我國的科技公司,能夠打破ASML光刻機部分的技術壟斷,實乃振奮人心。
除了光刻機是核心要素之外,光刻機加工所必需的重要材料,光刻膠,也是制勝關鍵。
什麼是光刻膠呢?光刻膠是一種對光敏感的混合液體,由光引發劑(包括光增感劑、光致產酸劑)、樹脂、單體、溶劑和其他助劑組成,又稱光致抗蝕劑。光刻膠可以通過光化學反應,通過曝光、顯影等光刻工序將所需要刻蝕的細微圖形從光罩(掩模版)轉移到待加工矽基片上。光刻膠的作用,除了提高加工精度,它還可以保護矽基材免受腐蝕,阻止離子影響。
按照曝光光源的波長分類,光刻膠可分為紫外光刻膠(300-450nm)、深紫外光刻膠(DUV,160-280nm)、極紫外光刻膠(EUV,13.5nm)、X射線光刻膠等。通常情況下,在使用相同工藝方法的情況下,曝光波長越短,加工解析度越好。
從產業分類上,目前半導體市場上主要使用的光刻膠,包括g線、i線、KrF、ArF等,其中g線、i線是最常見的,用量較大的比較低端的光刻膠。而KrF、ArF等則是比較高端,且光刻解析度較高的光刻膠,基本被國外壟斷。
目前,全球光刻膠主要生產企業有日本合成橡膠JSR、東京應化TOK、富士電子、信越化學、美國羅門哈斯等,集中度非常高,主要是日本和美國企業,所佔市場份額超過85%。縱觀近兩年全球半導體光刻膠市場,市場份額基本被日本廠商所佔據,市佔率約為70%。
據了解,我國半導體光刻膠生產和研發的企業主要有6家,分別為南大光電、蘇州瑞紅、北京科華、強力新材、容大感光、上海新陽等。國內半導體光刻膠廠商的市場份額,僅有2%左右,且還集中在技術水平相對較低的g線和i線半導體光刻膠。對於高端光刻膠(高解析度),它是半導體化學品中技術壁壘最高的材料,目前基本被國外壟斷。我國的半導體光刻膠技術發展,任重而道遠。
雖然被壟斷,但是我們還是在逆境中前行。不止光刻機,國產晶片又獲新突破。近日,在南大光電的互動平臺上得知,南大光電研發製造的應用於7nm工藝的ArF光刻膠技術已通過客戶測試,進入批量生產和銷售階段。這一信息,意味著我國的南大光電,7nm ArF光刻膠技術,成功打破了日本、美國的壟斷,不再受制於人。
從市場角度來看,光刻膠產業發展的潛力巨大,尤其是國內。據預測,半導體光刻膠在2020年國內市場規模將會超過16億美元(約112億元),其中2020年EUV光刻膠的市場規模將會超過1000萬美元(約7000萬元)。未來幾年,EUV光刻膠年平均增長率將達到50%以上。
面對缺少技術人才和資源的情況,我國科技公司摸著石頭過河,硬是探索出一條自主研發之路。相信在未來,國產晶片的加工製造,將不再依賴代工,將不再受制於人。
中國芯,加油~
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