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光刻机技术的难点是什么?中国有没有能造光刻机的企业?

光刻机技术的难点是什么?中国有没有能造光刻机的企业?
2021-05-31

    光刻机的难点是“技术封锁”,光刻机的关键部件来自不同的发达国家,美国的光栅、德国的镜头、瑞典的轴承等,关键是这些顶级零件对我国是禁运的。我国的中芯国际早在2017年就预订了一台ASML的7nm制程工艺的光刻机,由于很多原因,至今仍未收到货,可以说“有钱也买不到”。

    光刻机的技术难度

    目前,光刻机领域的龙头老大是荷兰的ASML,占据了全球80%的市场份额,而最先进的EUV光刻机只有ASML能够生产,光刻机的技术门槛极高,是人类智慧大成的产物。

    ASML光刻机90%的零件来自对外采购,德国的光学设备,美国的计量设备和光源设备,而ASML要做的就是精确控制,7nm EUV光刻机有13个系统,3万个部件,动作要非常精准,将误差分散到这13个分系统中。

    奇特的合作模式

    ASM还有一个非常奇特的规定,只有投资了ASML,才能获得优先供货权,也就是说自己的客户需要先投资自己才行,这种合作模式ASML获得了大量的资金,英特尔、三星、台积电、海力士在ASML都有可观的股份。因此,光刻机本来就供不应求,ASML未来几十年的订单早已被预约完了。

    瓦森纳协定

    西方有个《瓦森纳协定》 ,我国只能买到ASML的中低端产品,出价再高,也很难买到高端设备。

    中芯国际早在2017年就预订了ASML最新的7nm制程工艺的光刻机,先是由于失火,导致订单后延,然后是因为美国方面的干扰,搬出了《瓦森纳协定》阻挠ASML向我国出售最先进的光刻机。

    我国的光刻机

    我国生产光刻机的厂商是上海微电子,主要集中于低端市场,稳定生产90nm及其以下的制程工艺,距离ASML的7nm制程还有很大的差距。

    虽然,上海微电子还未能够在高端光刻机市场有所突破,但是从无到有,在低端光刻机市场占据了垄断地位,所以上海微电子是值得大家尊敬的。目前,上海微电子正在向高端光刻机方向发展,据说已经突破了24nm制程工艺的关键技术,利用低端市场所赚取的利润,去支持高端市场研发,是可行的路线。


    总之,“自己有的才是真的,只有突破了技术,才能不被卡脖子。”美国针对华为的种种行为,充分证实了这句话。

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2021-05-31

中国光刻机现状及领域突破

中国半导体芯片长期以来一直靠进口为主,每年进口的集成电路设备及材料大约为15000亿左右,相当于我国每年的石油进口量甚至还要多。



我国半导体企业现状

众所周知,芯片制造技术是一项综合性很强的技术,不仅聚合了很多的半导体领域的尖端技术,而且还需要先进的半导体设备匹配和强大的相关技术的储备,才能打造出一条技术先进的芯片生产线。



因此没有先进的半导体技术和各种半导体设备,要想打造出一条芯片生产线可谓是难上加难。

近期中芯南方厂的首条14nm芯片生产线正式投产,良品率超预期达到了95%,这标志着中芯国际已经超越了台积电南京厂、格芯等厂商,杀进了格罗方德、联电、东芝、美光等芯片厂商的阵营,拿到了跻身于全球先进芯片代工厂行列的入场卷。



中芯国际14nm芯片的量产,不仅让中国半导体芯片的发展向前推进了一大步,而且也解除了华为14nm芯片供给的后顾之忧。

中芯国际的14nm先进芯片生产线的诞生,只是中国芯片万里长征迈出的一小步,后面还有更长、更远的路要走,因为我们的目标是星辰大海。

我国半导体行业面临的困难

目前我国半导体行业面临最为严峻的为光刻机,虽然14nm已经基本实现量产,但在7nm甚至是5nm方面全部空白,而且生产14nm的光刻机也得从荷兰阿斯麦进口。



而光刻机是芯片制造设备中最为核心的设备,我国光刻机生产龙头企业中微也只能生产90nm光刻机,尖端科技一直受制于人,出钱也买不到。

中国半导体行业发展机遇

近年来,中国在半导体,尤其是集成电路制造领域发展迅速。

国内半导体芯片企业存在三方面机遇。一方面国内用户在市场上仍占了非常大的比例,每年购买芯片的量非常大;第二,5G、IoT、AI等技术会带来一些新的机会;第三,受国际形势的变化影响,芯片产业成为战略产业。国内芯片企业如何离客户近,通过客户把资本、人才聚集,也是一个很重要的机会点。



任何一个领域的发展都离不开国家的帮助,芯片行业也不例外。在国务院发布的《中国制造2025》中提到,“2020年中国芯片自给率要达到40%,2025年要达到50%”。为了达到这个目标,国家也拿出巨额资金用于芯片及半导体技术研发。



芯片研发是半导体产业最核心的部分。这需要大量的人力、物力投入,长时间技术积累和经验沉淀。虽然我们短时间内实现赶超难度很大。但从近几年的产业发展来看,技术差距正在逐步缩小。“中国芯”未来值得期待。

2021-05-31
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芯片产业大体上可以由上、中、下游三个产业链来囊括,上游指的是芯片的研发设备公司,苹果、华为、高通等公司是典型的代表;中游指的是芯片生产类的公司,下游指的是封测和组装公司。光刻机的生产公司属于中游,其中比较著名的就是荷兰的ASML公司,几乎垄断了光刻机市场80%的份额。

那么,光刻机技术究竟有哪些难点,为何ASML公司能够一家独大?我国当前有哪些制造光刻机的公司呢?


制造光刻机的技术难点

我们先来简单的了解一下光刻机工作的技术原理。当我们制作芯片的时候,电路图经过光刻机投放至底片(涂满光刻胶的硅片),光刻机不断蚀刻掉光刻胶,露出硅面之后做化学处理,不断反复的蚀刻,直到芯片制作完成。

这里面有两点要求较高,一个是光刻机的中心镜头,一个是光刻机的光源。

大家应该知道,ASML公司光刻机的镜头来自德国蔡司,光源由美国CYMER公司独家提供。光刻机的中心镜头对于镜头要求较高,需要高纯度透光以及高抛光,能够达到这一标准的公司并不多(光刻机工艺制程越高,要求也就越高)。镜头的打磨对于匠人的技术要求等级较高,并非是工业化能够解决的问题,需要十几年甚至是上百年的技术沉淀。光刻机光刻机,对于光源的要求更是重中之重,需要体积小、功率高、稳定性强的光源(这也是制约我国光刻机向高端进军继续解决的难题)。

除此之外,光刻机的工作台、侵液系统的技术难点依然较高。


国内能够制造光刻机的公司

能够制造光刻机与实现芯片代工生产是两个概念,这里面有两家公司不得不提。其中一家是上海微电子装备公司,另外一家便是中芯国际。

上海微电子装备公司是国内光刻机生产制造公司,生产的SSX600系列光刻机可以实现90nm的工艺制程,与ASML公司5nm工艺制程的光刻机确实存在不小的差距。再来说说中芯国际,这是一家芯片代工公司,当前已经具备了14nm工艺制程能力,12nm也进入了测试阶段。值得说明的是,中芯国际花费1.2亿美元从ASML公司预定了一台光刻机,预示着我国芯片代工即将挑战7nm高端工艺制程。

虽然即将具备高端芯片代工的能力,但是依然无法掩盖我国光刻机生产的落后局面,国产芯的发展之路依然艰辛!


引申阅读

光刻机发展较为滞后,确实会使得我国芯片产业受制于人。

例如,最近台积电削减华为晶圆产能20%订单的事情,或将会导致华为痛失高端旗舰手机市场20%份额。台积电的借口是看到华为库存较高,担心会产生风险才会取消订单(个人觉得与美国的施压不无关系)。哪种原因导致台积电削减华为订单我们不做过多猜测,但是这里却透露出一个不好的讯息!

台积电并不会因为华为订单的缺失而导致利润下降(苹果、高通补齐订单),华为却会因为台积电而受到较大的影响!


对于我国半导体芯片的发展现状,您怎么看?

欢迎大家留言讨论,喜欢的点点关注。


2021-05-31

光刻机技术的难点是什么?中国有没有能造光刻机的企业?精密的高端光刻机是现今集成度越来越高的芯片制造所需要的,比如7nm/5nm制程的芯片。然而对于我们来说现实有些残酷,虽然我们有企业可以制造中低端的光刻机,却制造不了像ASML这样我们所需要的7nm EUV高端光刻机、连购买也成为了问题,直到现在还在和ASML交涉前两年中芯国际花费巨额资金预定的一台光刻机。

目前我国能够生产中低端的光刻机,而且在中低端市场份额占据不小,并且生产的中低端芯片份额也算不小,最突出的就是上海微电子装备(集团)股份有限公司。但是生产如手机所需7nm、5nm这样的芯片,国内光刻机的制程差距就显得较大了,国内性能领先的光刻机是上海微电子SMEE仅达到90nm。而像ASML早已经进入7nm、5nm制程的光刻机。

所以国内芯片制造企业一直在竭力想要引进高端的光刻机,但这又被ASML所垄断。中芯国际早在两年前就花费1.5亿美元向ASML预定一天7nm EUV工艺的光刻机,本来预计2019年年初交货,却因为各种各样的原因被拖到现在,依然没有交货。通过国家层面的交涉,来自ASML最新的消息是:“未来ASML将会继续和中国合作,不管有没有销售许可证,ASML都希望能够继续向中国销售供应光刻机。”。也许中芯国际的这台高端光刻机将会很快到来,并且华虹半导体也有望获得高端光刻机。


为何ASML会如此忸怩作态不愿及时交付7nm的光刻机呢?一个是源于ASML受西方针对我们泡制的《瓦森纳协定》控制,对我国实行高科技的限制性封锁。也就是说,如中国在某一领域有所进展,则相关技术解禁一层。比如我们有90nm的光刻机,ASML就只对我们开放75nm的光刻机。另一个缘于美国的打压,也就是现目前如果ASML光刻机中美国的技术占据25%,那么ASML就要受到美国的管制而不能出口。

光刻机的技术特别是其零部件技术和产品,具有相当的高难度。其组成的3万多个部件都要相当可靠才行,这其中有很多的技术难点需要解决,比如能量控制器、透光器、掩膜版、激光器等等。比如:曝光系统,需要频率稳定能量均匀的光源,但这个光源我们自己造不了但又从外部得不到,这个光源被美国的极紫外光龙头公司Cymer所掌握(后来被ASML收购);又比如为了保证光通过物镜不变形而所需的要求极高的镜头被德国蔡司所掌握;还有轴承、阀件等等,这些精密的部件都需要依靠国外进口而得来,但却被别人禁运,我们制造的部件又达不到如此精密。


所以到目前我们的光刻机还不能满足现在像7nm/5nm这样所需的高端光刻机,只有依靠向ASML采购。不过现在国家和社会越来越注意到这个问题,想比像上海微电子这样的国产光刻机公司会迎来快速发展,拥有自己的国产高端光刻机应该不是梦。


更多分享,请关注《东风高扬》。

2021-05-31

把国足解散,养国足的钱聘请一位顶尖级光刻机专家,不出两年,我们就是专家,这个很光荣,比花钱买耻辱强了多了

看过程序小腿腿关于光刻机的介绍,很有启发。下面谈谈不才我的关于光刻机的追赶小办法:

(前提,充分利用国产蚀刻机5纳米制程技术:由上海中微公司归国的尹志尧团队打造的国际一流蚀刻机。并且这种蚀刻机还要尽可能采用国产化实现。)众所周知,由于5纳米制成的蚀刻机和光刻机,这两种设备的行走精度几乎一致,那么

追赶构思可否这样进行,在此略略展开一点供各路大家和专家们审查

和探讨:1.如果蚀刻机的头子与光刻机的头子能够无精度差的互换,那么后期工程量将主要聚焦到光源(DUV和EUV上)和镜头上。2.蚀刻机和光刻机的软件程序肯定也有差异,这也是要公关的。3.未来晶圆的加工大致是:涂上光刻胶,让换上光刻头的原始蚀刻机在新程序配合下

,完成原光刻机的工作,然后再换下光刻头并恢复成蚀刻机再工作一遍

。一句话:用移动精度一致的蚀刻机

在替换上光刻头(DUV or EUV 和镜头)和准备好光刻程序,那么一台

改造后的蚀刻机是否真能够完成

光刻机和蚀刻机的5纳米制程呢?

敬请老中青和各路专家前往一试吧

。2020.9.21

2021-05-31

光刻的原理是通过在硅片上涂沫光刻胶,再经过紫外光透过掩摸照射光刻胶,Mask上印着预先设计好的IC电路图案,光刻过程中曝光在紫外光线下的光刻胶被溶解掉,清除后,留下的图案与mask上的一致。再用化学溶剂溶解掉暴露出来的晶圆部分,剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后,清除全部光刻胶,露出一个个凹槽。当然了,这些工序还远远未结束,还需要掺杂填充金属物质作为导线,需要反复再多做几层结构,做好并校验与掩模一致后,才能切割和封装。

可以说中间经历的所有过程都是纳米级的过程,以我国现有的工业装备和精密度制造行业来看还相差太远,这不是短短几年就能突破的问题,保守估计再有30年未必可知,荷兰的AMSL公司是世界上光刻机制造最先进的企业,其应用的极紫外光光刻技术成为了现在光刻机的主流技术。

其中应用的EVU软X光,在船头物质的过程中需要超级强的光源,想要创造出这种超级强的光源是非常有难度的,因为散射光源连空气都能吸收,因此机器内部就必须要做成真空状态,传统的光刻机想要实现这个超强光源,避免光纤被吸收只能通过反射镜将光源再集中,有的光刻机光反射镜都需要几顿的重量才可以实现,而EUV对光的集中度要求是非常高的,反射的要求是长30CM起伏不到0.2nm,这相当远几千公里的铁轨起伏不能超过几毫米,可想而知这个精度有多吓人,而我国在精密仪器制造方面的确差距甚远,这个路还要很多年才能实现。

包括前阶段所说的我国9nm样机问世的这种消息,其实真实的请款是9nm分辨率是真实的,但是对国内光刻机的研发贡献非常有限,因为从实验室理论实现到量产设备的研发成功相差实在太远。实现高分辨率光刻和是否可以应用于芯片制造又有很大差异,很多实验室所能实现的超分辨率都是完全规则的图案,也就是说实现的分辨率都是横平竖直的样子,但是大部分的电路其实都想我们普通看到的电路那样弯弯曲曲的,因此现阶段我国的各种技术突破大都停留在实验室阶段,想要应用到实际生产制造方面真的还不行。

另外,在光刻机系统中,除了光学系统以外,还有大量的机械运动系统,测量系统,控制系统等等,因此就算是光学系统上突破,和ASML的差距依然还是十分巨大的,因此光刻机的制造困难远远不是我们自己想想的那样,其中富含的技术难点和突破点还有待于我国科学家去研究、去突破。

2021-05-31

荷兰光刻机制造公司ASML(阿斯麦)是世界唯一技术最精堪的芯片光刻,一台相当十多亿人民市,荷兰与中国经贸关系向来不错,作为高端科技设备卖给中国获取经济收益是再正常不过了,荷兰也佩服中国的芯片技术非常先进、特别是当中国5纳米芯片制造团出好消息,荷兰方面表示尽快评估美国对其警告和施压带来风险。

说起来中国芯片的发展,估计大家还是一筹莫展,倒不是我们设计不出来高端优秀的芯片,而是在芯片制造中,有着两个非常关键的设备,一个是刻蚀机,一个是光刻机,刻蚀机我们也是刚刚获得突破不久,而光刻机,我们的差距太大,这倒不是我们能力不行,主要还是在这方面发展得太晚,更何况,人家是经过上百年的技术累积的结果,在尖端光刻机方面,整个世界,也就是荷兰的ASML一家独大!大家都知道荷兰的高端电子科技工业是欧洲乃至世界一支独秀,六七十年代极具发烧级音响功放让世人震撼,闻名于世。光刻机毫不夸张的可以说是世界工业体系百年积累的结晶,整个机器需要三万余个零件,每一个零件都不能有丝毫偏差,一丝一毫的偏差都不能使千万的电路一丝不乱,毫无偏差的分布在指甲盖大小的芯片上面,我国在上面要走的路还很长。尽管中国着手成功制造出国产光核机,尽管与荷兰等先进西方国家存在很大差距,但这是一个良好开端,具有里程碑的意义。


2021-05-31

光刻机技术再难,中国人肯定能突破,原子弹难不难,中国在60年代一穷二白的时候能突破,只要国家需要,这只是小菜一道

2021-05-31

感谢您的阅读!

我们被卡住了脖子,而荷兰的ASML似乎一直在“戏耍”我们。用“失火”延期交付,后又传美国从中作梗,不发放的极紫外光光刻机(EUV)销售许可证,所以,导致了ASML压力过大,将交给中芯国际的极紫外光刻机(EUV)一推再推。

在《瓦森纳协定》中,1334号法令共8章22条,规定了出口控制的范围,其中半导体就属于禁止出口的一种。

所以,在这种协定的压力下,我们一直不能够获得最新的技术,包括的就有荷兰ASML的光刻机,也属于限定的范围。

时至今日,我们的光刻机为上海微电子的90nm光刻机,而中芯国际和华虹目前量产了14nm工艺制程的光刻机,但是7nm以下必须用EUV。

那么,到底为什么中国的光刻机发展不起来呢?到底难点在什么地方呢?实际上,根据光源和发展前后,我们将光刻机依次可分为紫外光源(UV)、深紫外光源(DUV)、极紫外光源(EUV),光源的波长影响光刻机的工艺。

实际上,光刻机的难度是因为技术,从EUV光线的能量、制程的所有零件、材料,都在不断的挑战人类极限。

在光刻系统中的,如果想达到更好的工艺,更高端的技术,就必须采用辅助的多重曝光(Multiple Patterning,MP),而且成本更高一些。

虽然说现在限于技术,以及协议等等,都会影响光刻机的发展,但是,我们必须要知道,最近我国武汉光电国家研究中心成功研发出9nm线宽双光束超衍射极限光刻试验样机,一旦这种情况得以突破,未来我国将会走出一条不一样的路,打破这种禁锢!

2021-05-31

看了不少题主的回答,很多人都提到了当前光刻机难点核心是外部技术封锁,这点个人并不能苟同。技术封锁的因素的确存在,但更为核心的其实还是我国整体材料学和制造业的落后,这才是真正的主因。

我国有光刻机生产企业但水平落后:

我国当然是有光刻机生产企业的,而且还很多,只是整体制造水平不行,相比先进的光刻机差距很大。目前国内水平最高的光刻机厂商是上海微电子,目前量产的光刻机是90nm。按照量产一代,试制一代,预研一代的进度,现阶段已经在完成了65nm光刻机的试验,正在研发攻关28nm光刻机。上海微电子虽然整体水平落后,但从成立至今18年来一直在持续努力追赶中。

光刻机难造的核心是材料学无法突破:

目前全球范围内其实没有任何一家企业有能力独立制造一台光刻机,荷兰ASML也不例外,想要造一台光刻机至少需要几万个配件,因此涉及到的厂商其实非常众多。

不管是ASML,还是日本的光刻机厂商尼康、佳能,以及我国的上海微电子本质都是光刻机系统制造商,他们都需要全球范围内各配件厂商给提供合格的配件才能生产出一台光刻机。

因此,困扰我们无法生产高端光刻机的其实还是这些配件厂商。我这里就拿光刻机的主要子系统也就是曝光光学系统和超精密工件台来大致聊聊。

1、曝光光学系统:涉及到光学领域的技术,这块我国其实一直很难突破。而荷兰ASML所使用的镜头是德国的蔡司,对于这家厂商我想玩摄影的应该都清楚他在业界的实力,全球顶尖的光学、光电企业。而日本的两家光刻机生产厂商大家也耳熟能详,也就是尼康和佳能,在光学领域都是一顶一的好手。有这样的光学技术在手,那么整个光学系统以及对应的镜头就能很好的得到解决。

2、再来说说超精密工件台:前面提到上海微电子已经完成65nm光刻机的试验,这里非常关键的一点就在于我国现在能自主生产满足65nm光刻机使用的双工件台(见下图),这家企业叫华卓精科,是全球第二家能自主研发生产双工件台的企业。如果说,没有这家企业的出现,掌握自主的技术,那我们65nm光刻机的进度或许会更慢一些,你采用外国的设备很难说不对你进行阻扰。

综合来说,光刻机自身的研发难度的确非常大,但是一台机器是有各种子系统组成的,如果说各个子系统的核心部件我们都能掌握,那么整个光刻机的研发难度就会大大下降,受到所谓的外在技术封锁的可能性就会越小。

Lscssh科技官观点:

因此,对于光刻机的难造,我们更应该明白背后这些真正的难点,当我们哪天的制造业,材料学等技术全面取得突破提升时,这光刻机也就相对不难造了。其实不光是光刻机,包括航空发动机等领域也是类似状况。

现在,就全球范围而言,只要我国能生产的设备和配件,国外企业基本上都会放开限制,只要我们无法做到自主研发生产的,或多或少都存在各种封锁,这就是我国当前的现状。


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