我國光刻機製造技術不足，清洗能力綽綽有餘

2020-10-10 匯捷通展覽

目前，中國在半導體領域唯一造不出的就是晶片（14nm以下），晶片製造中唯一沒有攻破的核心環節就是光刻機。

光刻機一直是國人心中的一根刺。在晶片領域，從中興事件到華為的「禁令」，面對美國的步步緊逼，中國頻頻落於下風，像一把尖銳的刺刀卡在脖子上。如今中芯國際也無奈執行斷供後又被美國出口管制。國內沒有任何一家企業可以幫助華為完成高端晶片的量產。


光刻機，被譽為「超精密製造技術皇冠上的明珠」。是半導體製造業中關鍵設備，直接決定晶片的性能水平。晶片在生產過程中需要進行20-30次的光刻，耗時佔到製造環節的50%左右，佔晶片生產成本的1/3。目前光刻機領域被荷蘭巨頭ASML公司基本壟斷，佔全球的80%，在7納米以上高端光刻機市場當中，ASML基本上處於100%的壟斷地位。目前，一臺先進的光刻機價值可達7億元。因為ASML公司核心技術與和核心材料來自美國，所以中國始終被排除在銷售名單之外。


納米級超精密清洗

雖然我們在攻克光刻機核心部件技術上仍很落後，但也有值得驕傲的一面，就是為光刻機的精密儀器做超精密清洗，而且還做到了全球龍頭。

敢開光刻機清洗先河的就是藍英裝備，這是一家來自中國本土化的公司，在歐洲中高端產品市場佔比排名第一，在北美和亞洲也處於市場領先地位。典型案例就是其子公司UCM AG為荷蘭光刻機製造商阿斯麥公司（ASML）及其供應商提供極紫外光刻機（EUV）的光學系統相關關鍵部件的清洗服。

藍英裝備達到了納米級超精密清洗，是光刻機超精密清洗的全球龍頭。另外兩家專注於半導體清洗的獨角獸至純科技和天華超靜達到了微米級普通b級別清洗，得到了中芯國際、萬國半導體的認可。

紫外光清洗技術

在半導體精密部件清洗中有一種「紫外光清洗技術」，是利用有機化合物的光敏氧化作用達到去除黏附在材料表面上的有機物質，經過光清洗後的材料表面可以達到"原子清潔度"（1納米相當於4倍原子大小，1納米=10的負9次方米，比單個細菌的長度還要小的多）。紫外光清洗技術的應用主要在液晶顯示器件、半導體矽晶片、集成電路、高精度印製電路板、光學器件、石英晶體、密封技術、帶氧化膜的金屬材料等生產過程中採用光清洗方法最為合適。

從光刻機結構來看，它由光源、光學鏡頭和對準系統等部件組成。光學鏡頭是光刻機最核心的部分，構成光刻機的曝光光學系統，串聯組成數十塊鍋底大的鏡片，光學零件精度控制在幾個納米以內。目前光刻機鏡頭最強大的是老牌光學儀器公司德國蔡司，是ASML的鏡頭供應商。現在最先進的光源是具有相當高能量的極紫外光光源，代表了當前應用光學發展最高水平。只有足夠強大的超精密清洗技術才可入目細微到光刻機光學鏡頭表面(超高面型精度鏡片)，洗除前期加工過程中殘留在其表面的有機碎屑，大大保證了光刻機極紫外光源的系統穩定性、能量均衡性、高平行度和其他必要特性。

光刻機工作原理

光刻的本質是把掩膜板上臨時的電路結構複製到以後要進行刻蝕和離子注入的矽片上。其工作原理是在加工晶片的過程中，利用光刻膠感光後因光化學反應而形成耐蝕性的特點，光刻機通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小後映射到矽片上，然後使用化學方法顯影，得到刻在矽片上的幾十億條線路的電路圖和其他電子元件。光刻機對晶圓的光刻是晶片生產中最複雜、最關鍵、耗時最長、成本最高的步驟。前期對光刻機鏡頭的超精密清洗，影響著後期的工作品質。

國產光刻機攻堅

9月16日，中國科學院率先行動，把美國卡脖子清單變成科研任務清單，集中全院力量進行重大領域攻關。在重大領域攻關方面，白春禮院長特別明確提到了光刻機等關鍵核心技術和關鍵原材料方面。

而如今舉國之力攻堅光刻機產業鏈，分頭執行關鍵任務。一是光刻機核心組件：負責整體集成的上海微電子、負責光源系統的科益虹源，負責物鏡系統的國望光學，負責曝光光學系統的國科精密，負責雙工作檯的華卓精科，負責浸沒系統的啟爾機電；二是光刻配套設施：包括光刻膠，光刻氣體，光掩模版，光刻機缺陷檢測設備，塗膠顯影設備等。

雖然我國的光刻技術已突破22nm晶片的大門，但是離華為大批量需要的7nm高精端晶片仍有巨大的差距。上海微電子公司是國產光刻設備龍頭，明年將正式推出國產的光刻機。

目前最頂尖的荷蘭光刻機可以支持臺積電3nm晶片製程。一旦光刻機等核心設備攻堅取得進展，中國晶片製造技術勢必能夠在短時間迎來巨大突破，以中芯國際為先行者、以整個中國晶片產業鏈為合力，一舉進入7nm、5nm，甚至3nm時代為時不遠。

忍讓換不來尊重，眼淚更換不來同情，真心希望我們的中國科研單位和企業一道，聚焦關鍵資源，集中精力攻關科研，置之死地而後生！

路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索！

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相關焦點

  • 光刻機到底有多難製造？
    很遺憾，但是事實就是如此，高端晶片，不但華為現在還造不出來，國內也很少有企業的製造水平能達到這種地步，最關鍵的原因就是，我國在半導體領域的技術還不夠高，還沒有達到那個高度，所以沒有條件建造出精度更高光刻機，而如果沒有光刻機的話，就完全沒有辦法造出符合條件的高端晶片。
  • 我國又突破兩項半導體製造技術，距離國產高端光刻機又進一步
    雖然上海微電子在這一方面有所突破，並且據說最快明年就能生產出一臺我們自己國產的28納米製程的光刻機，但是也不是完全的國產化，比如透鏡、光源、材料等方面依然是需要依賴從國外進口。，一臺光刻機的誕生並不是哪一個國家能夠獨立完成的，即便是荷蘭的ASML擁有的全球最頂級的光刻機，其生產製造過程也不是荷蘭這麼一個小國家完成的，而是由這家國際性企業的各個股東成員國，比如法國、美國、英國等國家眾人拾柴才製造出來。
  • 1965年我國就能製造光刻機了，為何如今光刻機發展卻很落後？
    1965年我國就能製造光刻機了，為何如今光刻機發展卻很落後？光刻機是現在很多人都知道的一個名詞，這個很高端的設備因為美國的幹預成為了掐住中國國產頂級晶片麒麟咽喉的利器。現在大家都知道光刻機的製造難度是很大的，尤其是手機市場現在需求最大的小納米製程工藝的晶片，我們幾乎沒有辦法通過自己的努力短時間擺脫這方面的制約。但是你可能不知道的是，論起歷史的話，咱們國家的光刻機發展其實非常早。
  • 我國能生產光刻機嗎?
    光刻機是製造高端晶片的核心設備，現在全世界能製造光刻機的國家可以說超不過十個國家，能製造出7納米製程和5納米製程的光刻機的國家超不過五個，由此可見製造光刻機的難度是非常大的，光刻機被譽為「現代光學工業之花」一點都不誇張。下面我來談談關於我國光刻機的發展情況。
  • 我國1977年就提出光刻機的概念，中國人距離光刻機還有多遠？
    特別是在過去，很多東西都是探索著，摸著石頭過河，這樣國家就還不具備去自主製造光刻機這樣尖端設備的能力。既然我們國家可以從國外採購晶片，那在採購途徑便利的情況下，能夠以低廉的成本去購買到自己所需的晶片，我們還有什麼動力去花費巨大的人力、物力，自己製造光刻機呢。畢竟，要想製造光刻機，其難度不亞於把衛星發射上天。所以我國的企業也就樂於採購國外的晶片，來實現進口的供給，不願意去花精力製造光刻機。這在過去很長一段時間內，都是我國晶片缺口的主流供給模式。
  • 我國微電子巨頭，擁有多項專利，用光刻機技術佔據發展先機
    我國並不是最早擁有網際網路和高新電子科技技術的國家，在這些技術當中，晶片製造、封裝測試和IC製造是平分立足的，而其中晶片製造中光刻技術便尤為重要，在我國研發製造光刻機時，ASML、佳能和尼康這三大電子巨頭，已經遠超我國早已開始了光刻機項目的研發了，但是，隨著時間的推移，我們國家已經有一家屬於我國的電子巨頭，開始致力於這項光刻機研發了，它就是手握3000多項專利的上海微電子。
  • 光刻機研發難於上青天，我國能夠生產出技術領先的光刻機嗎
    我國作為一個發展中國家，我們不得不承認，有些技術還達不到國際領先地位。所以就造成了一個比較尷尬的局面，國產無法替代，國外領先技術制約著中國。EUV光刻機已經嚴重阻礙了中國邁向國際領先水平的進程。由於它採用了一種極紫外線技術，因此他的工業節點可以達到22nm-7nm。這麼精密的儀器，其製造技術的複雜性高難度性不可控制性等等，每一個環節都需要科研人員夜以繼日的去攻克解決。目前觀察站站長了解到，就連文章開頭談到的光刻機老大ASML也一直奮戰在技術公關的路上。前前後後遇到了光源問題，抗腐蝕劑問題，以及防護膜這三大問題。更嚴重的是新一代光刻機版本就像一個新生兒，根本沒有基礎去用。
  • 光刻機竟然也用了中國技術,這對我們是否是一個轉機?
    晶片製造必須要用到光刻機，這也就是國外在晶片生產上卡我們「脖子」的地方，尤其是想要製造高端晶片的時候，就必須用到荷蘭ASML生產的光刻機，沒有任何一家企業可以替代。因此，有人就提出了問題，我國在製造業領域是全世界第一大國，為什麼不能培養一批優秀的人才從國外學習技術呢？
  • 光刻機是誰發明的_中國光刻機與荷蘭差距
    光刻機是誰發明的 　　工業能力是一個國家國防實力和經濟實力的基礎，而光刻機是現代工業體系的關鍵部分，不過目前荷蘭光刻機是最有名的，出口到全球各國，口碑很好。 　　光刻機是集成電路製造中最精密複雜、難度最高、價格最昂貴的設備，用於在晶片製造過程中的掩膜圖形到矽襯底圖形之間的轉移。集成電路在製作過程中經歷材料製備、掩膜、光刻、刻蝕、清洗、摻雜、機械研磨等多個工序，其中以光刻工序最為關鍵，因為它是整個集成電路產業製造工藝先進程度的重要指標。
  • 華為有能力造出自己的光刻機嗎?
    華為有沒有能力研究光刻機？> 可能有人要說了，我們中國不是有企業研發並製造出光刻機了嗎，不錯，是有，但這個光刻機要比別人落後幾代。簡單說，我們的光刻機還處在小學文化水平，別人已是高中甚至大學文化水平了。因此，即便華為有能力、有資金研究光刻機，但在幾年甚至幾十年內也無法生產、製造出當前最尖端的光刻機。----這就是現實！
  • 光刻機能否成為我國不可逾越的鴻溝？
    而擁有製造尖端光刻機能力的國家，在地球上僅有兩個國家能夠掌握，他們分別是日本和荷蘭。毫不忌諱地說，製造先進光刻機的技術，比原子彈還要稀有首先我們要明確的一點，這個光刻機到底是個什麼東西？目前代表了世界最先進水準的荷蘭ASML，其光刻機的研發經費和相關子系統上的投入也是十分的巨大，並且無法獨自承擔研發經費。ASML的光刻機製造都是交由美國、日本、德國這樣的經濟大國來進行分攤，完全稱得上是一個國際項目了。也是由於這一點，ASML在光刻機的出售問題上，很大程度上要看這些大股東們的臉色。
  • 比原子彈還稀有，全球僅兩國掌握技術，為何光刻機這麼難製造？
    不過，光刻機的製造並不像眾人想像得那樣簡單，很多專家曾把光刻機與原子彈進行對比，目前俄羅斯、美國、中國等多個國家都能製造原子彈，但是製造光刻機的高端技術，目前只有日本和荷蘭，這也給中國製造光刻機帶來了不小的困難。
  • 製造光刻機到底有多難？關於光刻機基本知識就在這裡了
    【為什麼製造光刻機這麼難？】其實光刻機的技術是包含了整個歐美日韓的頂尖技術：美國光源設備；德國蔡司鏡頭；日本光學器材；英特爾、臺積電、三星製程分配技術；瑞典軸承，法國閥件等等。可以說光刻機是當前世界上最頂級的工程技術，材料技術，設計水平，製造工藝上百年的綜合智慧的體現。
  • 我國高端光刻機技術領域的首部著作出版
    近年來，以5G、物聯網、人工智慧、雲計算、大數據等為代表的新一代信息技術快速發展。集成電路作為信息技術的核心基礎，其重要性日益凸顯，得到了社會的廣泛關注。集成電路自上世紀50年代誕生至今，一直按照摩爾定律向更高集成度發展。單個晶片上的電晶體數量已經由最初的數十個發展到現在的數十億個。光刻機是集成電路製造的核心裝備，其技術水平決定了集成電路的集成度，關乎摩爾定律的生命力。
  • 一臺二手ASML光刻機成「香饃饃」，國內爭搶，折射光刻機困境
    國內爭搶，折射光刻機困境。光刻機作為晶片製造的關鍵設備，也是我國當下晶片製造中最為緊缺的設備。並不是說我國當下製造不出來光刻機，只是工藝遠遠滿足不了當下對晶片的要求。要知道，當下晶片量產已經發展到了5nm工藝水平，而我國可以量產的光刻機卻還停留在90nm階段。
  • asml光刻機中的中國技術，是否是轉機？
    沒有光刻機就不能生產晶片，只有高端光刻機才能生產出先進的晶片，這是業界公認的事實。 目前，世界上只有一家公司可以製造高端光刻機，所以基本上所有的工廠都離不開它。這家公司的名字叫做ASML，是光刻機市場中唯一的霸主，具有著不可替代的重要地位！
  • 我國光刻機取得重大突破，已減少對進口晶片的依賴
    華為和中興的兩次事件更是讓國民憤怒不已，究其原因就是因為我們在晶片製造領域還存在不足，沒有辦法單獨完成高端晶片製造。>，也有一部分人感覺到疑惑，說道當年我們一窮二白的處境下都製造出了兩彈一星，一個小小的光刻機，為什麼我們製造不出來。
  • 為什麼ASML能製造7nm的光刻機，而我國還停留在90nm？
    為什麼全世界只有荷蘭ASML能製造頂級的光刻機，我的答案是：有靠山、注重研發、收購友商、和用戶成為夥伴。臺積電已經量產5nm晶片，而3nm晶片已經將在2021年實現量產，其生產的核心設備就是荷蘭ASML的EUV光刻機。
  • 聊聊我國的光刻機發展進程
    今天和大家聊聊，說道說道我國光刻機的發展歷程。我國的第一臺光刻機的研發製造成功，要追溯到上一個世紀的六十年代。1966年，一零九廠和上海光學儀器廠共同合作，成功研製出了國內歷史上第一臺65型接觸式光刻機，研製成功後由上海無線電專用設備廠投入量產。
  • 晶片，光刻機只是冰山一角？我國被"卡脖子"的技術還有很多
    事實上，不僅在晶片工藝上，像光刻機，手機、電腦作業系統等等技術我們都被卡住了脖子。就拿光刻機來說，想要製造出晶片，那麼光刻機就是必不可少的工具。既然光刻機如此重要，我們自己造一臺不就好了？事實上，不是我們不想造，而是因為製造光刻機的條件太嚴苛，我們目前還沒有能力去製造。