1納米晶片不再是空談!面對光刻機巨頭,我國晶片之路要怎麼繼續?

2020-12-23 騰訊網

華為

近期,華為的消息幾乎充斥著各大媒體平臺,每隔一段時間就會有進一步的消息傳出,大家心中的愛國之情也在頻繁刺激下迸發。面對我國半導體行業發展的技術短板,大家更是憤憤不平,紛紛喊出了獨立自主搞研究的口號,國內企業也是很爭氣,紛紛一擁而上大力開展半導體方面的研究,我們正在翹首以盼的等待好消息。結果國外的「好消息」卻搶先傳來了,1納米EUV光刻機要來了。

我們的發展還能怎麼繼續?

還沒聽到臺積電1納米工藝的突破,就先聽到了1納米光刻機的進展。

近期比利時一家叫做IMEC的半導體研究中心在今年的研究論壇上表示,該公司目前正和阿斯麥進行EUV光刻機方面的合作,合作目標就是共同開發出下一代的高解析度EUV光刻技術,名字叫做High NA EUV。一旦該項合作投入使用,外界所猜測的「摩爾定律接近極限」的說法很可能被推翻。該技術將改進到1納米甚至更小,看來EUV光刻機的發展還在進一步加快,反觀目前國內的光刻機研究仍舊毫無進展。

EUV光刻機

其實,目前業內很多半導體企業基於摩爾定律已經放緩的現實,已經逐漸放棄了工藝微型化的研究,但是IMEC仍舊在繼續投入,也許大家對這家公司並不熟悉,IMEC是目前世界上最先進的微型化研究機構,一直致力於和阿斯麥進行EUV技術的研發。目前,用於1納米的光刻機設備終於有了進一步的消息。IMEC在這次研究論壇上還公布了3納米到1納米以下的邏輯器件路線圖,引發各大半導體企業的關注。

其實對於高NA技術,臺積電和三星在7納米工藝上就已經有所運用了,5納米工藝更是要通過NA技術和降低波長相結合來實現,而對於要求更高的2納米以下的超精細工藝那就需要解析度更高的光刻設備了。

發展現狀

阿斯麥目前已經取得了重大進展,高NA EUV光刻設備相關系列預計2022年左右就可以實現商業化,不過這臺機器在體積上相當龐大,因為其中包含的光學系統相當複雜,導致這臺機器的高度超過了極限,常規潔淨室恐怕放不下,看來這個新一代的機器還是需要經過完善的,不然的話使用廠商就要為它專門建一個新的潔淨室了。

目前臺積電已經開展了3納米、2納米以及1納米的製程工藝研究,並不斷傳出突破的消息,可見,在近兩年臺積電的3納米工藝晶片就將達到量產水平。屆時,再有阿斯麥新一代的EUV光刻機加持,臺積電就真的是打遍天下無敵手了。目前中芯國際才剛剛實現了14納米晶片的量產,此前也傳出了性能可以比肩7納米的製程工藝新突破,但是要想達到量產水平,還得經歷一段時間的打磨。

臺積電

大家都知道,在正常情況下,7納米以及7納米以下的工藝生產都不可避免的會用到EUV光刻機,但是中芯國際所謂的7納米工藝並不是真正意義上的7納米工藝,而是依託於FinFET技術推出的N+1工藝,這種工藝下晶片的性能和穩定性都能達到7納米晶片的水平,可以說是沒有EUV光刻機可用的情況下的一種替代方案。針對目前在等效7納米晶片上獲得的成績,中芯國際的梁孟松表示,N+1工藝之後還會進一步推出N+2工藝,這也是在目前國內放緩對EUV光刻機需求的最佳方案。在計劃中,N+2工藝也不會用到EUV光刻機,但是我們不能一直依託這種技術,對於EUV光刻機的需求早晚會有,希望國內的晶片製造企業能夠等到設備就緒。

中芯國際

國內光刻機研究取得成果最好的就是上海微電子,它們可生產90納米晶片的光刻機已經實現了量產,也可以實際投入使用。目前上海微電子正在進行可生產28納米晶片的光刻機的研發,至今為止沒有進一步突破的消息傳出。在這種光刻機水平下,我們無法滿足國內代工企業的需求,只能尋求外界的幫助。

上海微電子

根據相關專家研究分析,我國的光刻機行業至少落後阿斯麥15年,而這15年的時間正好包括兩個技術節點:一個是浸潤式技術,另一個就是EUV光刻技術。浸潤式技術是在2000年臺積電的技術鬼才林本堅提出的新想法,主要是利用光的折射原理去改變光刻技術,這種原理在理論中雖然很簡單,但是實際操作起來卻很難,當時的光刻機巨頭尼康也是因為這個拒絕了林本堅,在浸潤式式原理之下,不用改變波長就能達到進一步的效果,於是阿斯麥進行了嘗試,才有了現在稱霸世界的光刻機巨人。

日本尼康

面對這一難題,目前我們還未有突破,而另一個EUV技術的突破就更不用多說了。浸潤式技術是阿斯麥和臺積電合作突破的,EUV技術則是廣羅了美國的科技先驅才完成的突破。當時英特爾作為半導體領域當之無愧的大哥,急於進一步發展晶片的性能,於是和美國的能源部牽頭,把AMD、IBM等半導體大公司拉入夥,聯合美國的三大科技實驗室對EUV技術進行了研發。但是當時在光刻機領域,美國本土缺少合適的企業填補空缺,英特爾就打算在荷蘭阿斯麥和日本尼康中選擇一個,但是由於美國當時不甘於被日本的尼康壓了一頭而放棄了尼康,轉而選擇了阿斯麥,這也是阿斯麥能成長起來的重要原因。

反觀國內的光刻機製造行業

通過這兩次光刻機的重要突破,再反觀國內的光刻機製造行業,我們目前只能依靠自己的力量進行研究。前段時間根據日本的媒體報導,日漸衰落的尼康有意與國內企業合作進行光刻機方面的研發,如果雙方真能達成合作,對於國內的光刻機行業來說無疑是一大助力,雖然尼康目前在光刻機領域已經漸趨衰落,但是作為曾經一度超過美國半導體的光刻機巨頭,尼康的實力也不容小覷。

目前國內的半導體產業鏈亟待打通,面對同樣是在半導體行業勢頭強勁的韓國,我們的合作機會卻不大,非但合作這條路走不通,一旦韓國有較大突破,很可能國內的半導體產業面臨的形勢會更加嚴峻,相比較來說,日本尼康則受美國影響較小。

此前,尼康的半導體事業也曾多次受到美國的制裁,不然不會淪落到如今的地步,由此可見,我們的合作機率還是很大的。

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  • 荷蘭巨頭1nm光刻機迎新突破!中國訂購的EUV光刻機呢?
    據TechWeb網站11月30日最新報導,近日荷蘭光刻機巨頭阿斯麥(ASML)又送來一則好消息,該司已經與比利時半導體研究機構IMEC共同完成了1nm光刻機的設計工作。據了解,先進位程的光刻機對於曝光設備的解析度要求更高。與此同時,ASML已經完成了0.55NA曝光設備的基本設計工作。按照阿斯麥的計劃,預計相應的曝光設備全線準備好之後,會在2022年實現商業化。然而,這家荷蘭企業的光刻機製造技術卻變得重大突破之際,我國晶片製造巨頭——中芯國際自阿斯麥訂購的EUV光刻機至今卻還未到貨。
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    圖片來自網絡我國是世界上的晶片進口大國,每年都要花費數千億美元在晶片的進口上,因為我們無法製造出高端晶片,而製造不出高端晶片的關鍵原因,就是用於生產高端晶片的設備——光刻機,一直以來,最先進的光刻機都是由荷蘭ASML公司研發的,由美國、德國為首的發達國家掌控,形成龐大的利益共同體,而其生產的EUV高端光刻機內部達8萬多個零部件
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  • 我國有哪些光刻機企業?
    相較於荷蘭、德國、美國等這些國家,我國的晶片製造以及超精密度機械製造方面不具有優勢,又因為《瓦森納協定》的技術封鎖,限制了對中國出口先進技術,上遊的光刻機、刻蝕機、離子注入機子都是核心的設備,因此半導體設備的落後是制約中國半導體發展的一個核心因素,在高端光刻機領域,我國仍然是空白。
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    隨著科技發展的不斷深入,如今晶片製造就如同一道坎擋住了前路,不跨過這道坎,就沒有屬於我們自己的晶片,我們中國的科技發展也將繼續受制於人。而目前,我們想要跨過這道坎,攻克晶片製造這一關,就必須有光刻機,沒有光刻機,毫不誇張地說,一切都只是徒勞。
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    近日,我國的中微半導體在兩年前實現的5nm蝕刻機技術現在可以批量生產,並供貨給臺積電,成為7nm製程之後,唯一進入臺積電5nm產線的大陸本土半導體設備廠商。不過在某些自媒體那裡,卻將這一蝕刻機技術當成了光刻機技術來宣傳。這不僅看出人們對晶片技術的陌生,也能看出人們想要「造話題」的急功近利心態。
  • 國產光刻機研發有多難?晶片生產難以繞過的坎兒亟待攻克!
    現代高科技生產,光刻機是個繞不過去的坎兒。不僅晶片生產需要光刻機,內存條生產、固態硬碟生產、甚至液晶屏幕的生產等領域都需要高端的光刻機。有朋友可能會說,非得用極紫外光刻機嗎,就沒有其他技術可以造晶片嗎?
  • 國內晶片技術實現突破!新型材料製造晶圓,未來光刻機或被淘汰?
    前言:當前晶片的製造都離不開光刻機,特別是高端製程晶片。DUV深紫外光刻機只能生產7nm以上晶片的製造,要想生產6nm以下的晶片,必須使用EUV光刻機。但是EUV光刻機每年的產量只有20臺左右,再加上美國的限制,EUV光刻機很難進口到中國。
  • 中國慕「光刻機」久矣!中科院彎道超車,95後DIY納米級光刻機?
    就在前幾天,有2則和光刻相關的消息呈現刷屏之勢:其一是「中科院發布5nm雷射光刻技術」,被部分媒體解讀為「中國芯取得歷史性突破」、「荷蘭ASML將被我們取代(ASML笑笑表示不說話)」;其二是「95後本科生低成本DIY納米級光刻機」,該名學生則被冠以「真正的後浪」、「中國晶片行業未來的希望」等稱號。誠然,中國苦「芯」久矣!中國慕「光刻機」亦久矣!
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    90納米光刻機能讓中芯國際有價值!90納米發展到1納米製程也就靠時間的推移慢慢成長。5納米製程再往上非常困難,每低一納米需要更長時間的研究。90納米發展到7納米製程比5納米發展到2納米要快多了。生產力是一方面,高精尖又是一方面。
  • 14納米的晶片與7納米的晶片,有什麼差別嗎?
    14納米與7納米是什麼意思?晶片中14納米與7納米,指的是晶片的製程。大家知道晶片是由電晶體組成的,製程越小,那麼在同樣面積的晶片裡,電晶體就越多,相對應的性能就越強了。14nm與7nm的差距14nm與7nm之間的距離還是非常之大的,中間還間隔著12nm與10nm技術,要說他們的差距呢?