晶片製造要經過氧化、塗膠、光刻、曝光等十餘個步驟,幾百道工序。其中,光刻是最為關鍵的一步,決定著電晶體的尺寸。
而這一步驟所需的設備——光刻機的重要性,自然不言而喻,光刻機是推動晶片工藝前行的巨大推力。想要實現更高精度製程晶片,離不開EUV光刻機的助力。
荷蘭ASML是全球唯一能生產EUV光刻機的廠商,在半導體行業的地位尤為突出。
荷蘭ASML迎來技術突破
前段時間,歐洲微電子研究中心IMEC執行長Luc Van den hove,在線上演講中,帶來了ASML研究的最新進展。
他表示,IMEC同ASML多年來密切合作,正在研究新一代EUV光刻機,希望能將工藝規模縮小至1nm乃至以下。同時,它們正推進下一代高解析度EUV光刻技術高NA EUV光刻技術商業化。
目前,ASML的已經基本設計完成NXE:5000高數值孔徑EUV光刻機,該系列光刻機數值孔徑,將從此前0.33提升至0.55。
據悉,該系列光刻機有望在2022年啟動商用。
ASML的這一突破,將推動晶片製程走向1nm甚至以下,令人激動。但對比國產光刻機現狀,更覺得國產光刻機崛起之路任重道遠。
中國唯一光刻機企業
中國在光刻機領域的落後情況,早已不是什麼秘密。
在上世紀70年代時,我國光刻機產業還有過一段發展高峰,不少高校與研究機構推動了國產光刻機的進步。
1985年,精度為3微米的第四代分布式投影光刻機問世;1990年,國產分布式光刻機樣機獲美國4800DSW認證。
但「造不如買,買不如租」思想的興起,對中國光刻機產業造成嚴重衝擊。
如今,上海微電子是我國唯一的光刻機廠商。其在2007年攻克365nm光波長的DUV光刻技術;2016年,上海微電子量產SSX600系列三款步進掃描投影光刻機,最高解析度為90nm。
如今幾年已經過去,但上海微電子始終沒有更先進的光刻機問世,與ASML的差距也十分巨大。
此前方正證券曾公布一份研報,顯示02專項光刻機項目二期,將在2020年12月驗收193nm ArF浸沒式DUV光刻機。
若真能實現,那表示國產晶片製程將向前推進一大步,在深紫外線光刻領域,中國將於ASML齊平。理論上,該光刻機能生產7nm製程晶片。
但如今結果如何,還沒有明確的消息。
崛起之路任重道遠
目前看來,國產光刻機並非沒有翻身的機會,但長路漫漫任重道遠。
光刻機的難點在哪?大體看來有兩點。
第一,技術難點。
金捷幡在《光刻機之戰》一文中寫道:由於光刻精度是幾納米,EUV對光的集中度要求極高,相當於拿個手電照到月球光斑不超過一枚硬幣。可見,光刻機對技術難度之高。
為生產出更高精度晶片,光刻機不斷在降低波長。光刻機已經從一開始的436mn高壓汞燈g-line,發展到如今擁有13.5nm波長的EUV光刻機。光刻機不斷成長的背後,是整個歐美頂尖科技的支撐。
而且,隨著低波長光源的使用,組成光刻機所需的系統、材料等,也要隨之不斷進步,背後的工作量相當龐大。
要知道,一臺EUV光刻機零部件便要10萬餘個,重量達數百噸。
第二,資金難題。
光刻機的研發離不開龐大資金的支持,據e公司報導,ASML每年投資逾10億歐元,連續20年才研發出了EUV光刻機。也就是說,ASML至少花費了200億歐元,折合人民幣1600億元,才有如今的成績。
據了解,掌握光刻機技術的國家已經耗費了將近4000億元,用作於研發。沒有足夠的資金,就像攻克光刻機難題,這並不現實。
光刻機的突圍如何實現
光刻機無限逼近物理學、材料學、精密製造的極限,有著難以翻過的技術壁壘,需要巨大的資金支持。
因而,單靠某個企業、機構的力量,我國難以突破光刻機壟斷。國產光刻機的突圍必須集結大眾的力量,在各分行業的共同努力下,逐漸實現突破。
如今,中科院已經表態將集結全院力量,攻克光刻機難題。在中科院的牽頭下,我國光刻機產業或許將迎來曙光。
文/BU 審核/子揚 校正/知秋