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中科院、上微自主研制成功新型光刻机 有望局部实现国产化替代
关键字: 光刻机国产光刻机中科院上海微电子光刻工艺日前,中科院光电技术研究所自主研制成功紫外纳米压印光刻机。与此同时,上海微电子也发布了平板显示光刻机,产品良率高达95%(原本的良率为70%-80%)的高亮度LED光刻机,MEMS和功率器件光刻机。虽然媒体仅仅轻描淡写报道,但这些消息却蕴含着不同寻常的意义。
什么是光刻机?光刻机是芯片生产中最核心的设备,也是大陆芯片生产设备制造的最大短板。不少网友会将光刻机和刻蚀机搞混,其实,光刻机的工作原理是用光将电路结构临时“复制”到硅片上,而刻蚀机是按光刻机刻出的电路结构,刻出沟槽的设备,是在芯片上做减法,与之相应的是做加法(镀膜)。
光刻机用途广泛,有用于生产芯片的前道光刻机,有用于封装的后道光刻机,还有用于LED制造领域的投影光刻机。前道光刻机就是在芯片生产中将电路图映射到硅片上的光刻机,后道光刻机也被称为封装光刻机、bumping光刻机,在芯片生产出来后,线路图是裸露在外面的,还需要用后道光刻机来装个壳,就是常见的芯片四四方方、带针脚和商标的那一层。现在江阴的长电科技就是用后道光刻机来加工iphone 6芯片的。虽然在前道光刻机方面严重依赖进口,但在后道光刻机和投影光刻机方面,国内厂商还是颇为可圈可点的——上海微电子的国内市场占有率超过80%,全球市场占有率为40%;用于LED制造的投影光刻机的市场占有率为20%。
再来说说光刻机工作原理。通过一系列的光源能量、形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到硅片上,不同光刻机的成像比例不同,有5:1,也有4:1。然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图(即芯片)。
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片,线路图的层数越多,也需要更精密的曝光控制过程。现在最先进的芯片有30多层。
其实,在半导体设备制造方面,中国和西方差距最大的就是光刻机——由于光刻机研发资金需求大,门槛高,从事光刻机研发的企业也越来越少,像日本的佳能和尼康过去也做光刻机,早些年Intel为了制衡ASML,扶持日本厂商与ASML对抗。但因日本金融风暴后失落的20年、少子化造成的产业衰退,佳能和尼康与ASML竞争中的劣势越来越大,佳能已经基本放弃光刻机领域,尼康的光刻机能做到20nm左右,但市场份额已经被ASML挤压,无力再继续重金投入研发。
目前,光刻机业界龙头老大是荷兰ASML。而EVU光刻机量产型号已经做到14nm水平,现在Intel、三星的14nm光刻机都是买自ASML。光刻机研发成本巨大,Intel、台积电、三星都是它的股东,重金供养ASML,并且有技术人员驻厂,格罗方德、联电以及中芯国际(大陆代工厂龙头老大)等代工厂的光刻机主要也是来自ASML。
ASML EVU光刻机 问世时售价曾达1亿美元
Cymar制造的EUV用LPP光源系统
与ASML相比,中国光刻机企业就显得相当寒碜——中国光刻机厂商有上海微电子装备有限公司、中国电子科技集团公司第四十五研究所、合肥芯硕半导体有限公司、先腾光电科技有限公司、无锡影速半导体科技有限公司。在这几家公司中,处于技术领先的是上海微电子装备有限公司,该公司已量产的光刻机中性能最好的是90nm光刻机。
早在几年前,上海微电子就制造出90nm光刻机,当时国际主流代工厂的代工水平是65nm,平心而论,在这个情况下,制造出90nm光刻机,上海微电子还是蛮给力的,但因为最核心的光源是进口的,国外为了限制中国光刻机制造业,在核心零部件上限制中国,经常在核心零件上卡我们脖子。在技术上受制于人,导致上海微电子90nm光刻机无法规模化量产。
同时,西方国家对中国开放65nm光刻机,并通过各种渠道游说中国政府和国企,中国能够采购到比国产更先进的光刻机后,或多或少的影响了对光刻机核心零部件的研发,不同程度上减少了对上微的扶持力度。
因国内光刻机市场被外商占据,上微重金研发的90nm光刻机因光源技术上受制于人,导致产能不稳定,巨额研发资金血本无归。国家减少了扶持力度,导致上海微电子效益很差,研发人员无法安心研发技术,厂子人心浮动,造成大批技术骨干流失。
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- 责任编辑:孙武
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