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用微信扫码二维码 分享至好友和朋友圈 根据9月14号消息,上海企业(上海微电子)已经突破90nm光刻机和5nm刻蚀机技术,标志着国产制造的进一步提升。 那么90nm光刻机意味着什么呢?它能够制造7nm、5nm芯片吗?它与ASML的EUV光刻机又有多少差距呢? 今天为您一一揭晓谜题。 简单科普一下光刻机 光刻机是什么呢? ——一种制造芯片的关键设备,它可以将电路结构临时"复制"到涂有光刻胶的硅片上。 光刻机的原理是什么? ——就像冲洗照片,不同的是洗照片是把底片放大,而光刻是把底片缩小。 制造高端芯片难吗? ——很难,就像在一粒大米上雕刻清明上河图,而这粒大米还在时速100迈的汽车上,而雕刻设备在另一辆时速10迈的汽车上。 原子弹和光刻机哪个更难? ——世界上有多个国家可以独立制造原子弹,而顶级的EUV光刻机只有荷兰ASML能够制造,并且还是集成了全世界多个国家的技术。 总的来说:如果半导体是人类工业史上的一顶皇冠,那么光刻机就是这顶皇冠上的明珠。 对于这种夸张的描述,个人不做否认。但是并不是所有的光刻机都是皇冠上的明珠。 光刻机根据应用范围分为:前道光刻机、后道光刻机、LED光刻机和面板光刻机。我们常说的7nm、5nm芯片都是用前道光刻机制造的。 前道光刻机市场主要有三家:ASML、尼康、佳能。工艺上,ASML>尼康>佳能。 ASML的EUV光刻机已经可以制造14nm以下工艺的芯片,而尼康和佳能的DUV光刻机只能制造28nm制程的芯片。 因此,目前主流手机芯片,如:高通骁龙、苹果A系列、联发科天玑等都使用了ASML的EUV光刻机。 台积电、三星、英特尔号称芯片制造三巨头,如果没有ASML的光刻机,它们也全部歇菜。 2021年,全球光刻机市场份额为1076亿,ASM一家就达到了854亿,占比79%。中端市场(DUV光刻机)出货103台,占据93.6%的市场份额,高端的EUV光刻机直接垄断。 上海微电子90nm光刻机能制造多少nm的芯片 很多网友认为90nm光刻机只能制造90nm制程的芯片,而7nm芯片只能使用7nm光刻机,还有一些网友持不同观点,一台光刻机就能够制造所有制程的芯片,只需调一下参数,那么事实如何呢? 事实证明,90nm光刻机经过两次曝光,可以制成45nm的芯片,三次曝光后可以制成22nm的芯片。 但是曝光次数越多,芯片的良品率就越低,漏电率越高,所以大都用来制造28nm芯片。 再看ASML,EUV光刻机达到了13.5nm,三次曝光后可以制造3nm制程的芯片,领先上海微电子4代。 这样巨大的差距追赶起来难度是可想而知的。 90nm光刻机从研制成功到量产,打磨了整整11年。 早在2007年,上海微电子就研制成功了90nm光刻机,但是直到2018年才量产成功,中间这11年经历了什么? 据悉当时的90nm光刻机采用了德国蔡司的镜片,数值孔径为0.93NA,分辨率为90nm,但随后在“特殊待遇”下,我们拿不到蔡司的镜片,必须自主研发。 光刻机所需的镜片要求极为严格,以EUV光刻机为例, 它对镜片的集中度要求:拿个手电照到月球光斑不超过一枚硬币大小; 平整度要求:长30cm起伏不到0.3nm,这相当于从北京到上海的铁轨起伏不超过1毫米。 如此苛刻的要求是因为EUV光刻机中的镜片加起来超过了1吨,几百片镜片累计产生的误差是十分可怕的,一个细小的误差就会造成整批芯片的报废。 最关键的是这些镜片全都是标准非球的加工,无法纯机械打磨,必须手工与机械配合。这对技工的要求是极高的,蔡司的“金手指”团队也只有20多人,国内更是稀缺。 据悉,蔡司的“金手指”在镜片打磨的岗位上一干就是几十年,甚至有的还是子承父业,他们心无旁骛地只做这一种工作,最重要的是他们认为这是一种荣耀,做不好就会丢家人们的脸。 国内技工缺的就是这样的工匠精神,只能从零开始,11年后,也就是2018年,长春国科精密光学终于研发成功了数值孔径0.75NA,分辨率为90nm的镜片,纯国产90NM光刻机正式量产。 2021年,市场传出上海微电子研制成功28nm光刻机,经过三次曝光后可以制造出7nm工艺的芯片,这绝对是重大进步。但这则消息没有得到上海微电子的确认。 国产光刻机仍在进步,但是距离13.5nm的EUV光刻机,量产3nm芯片的路还很长。 ASML的EUV光刻机有多难造 得芯片者得天下,得光刻机者得芯片。其中EUV光刻机则是重中之重。 EUV光刻机涉及数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别等众多学科。 零部件就超过10万个,线缆长达十几公里,其中不乏镜片、光源、光束矫正器、能量控制器、掩膜台等精密组件。 除了镜片光源几乎是最大的难题了。 EUV光刻机采用了波长为13.5nm的极紫外光,这种光就像一把锋利的刀,对晶圆进行刻蚀。 将CO2激光脉冲放大成30KW的激光束,频率达到5万次/秒左右,这种激光也被称为“种子光”。 种子光呈红色,温度高达22万摄氏度,是太阳表面温度的几十倍,并且拥有两束。关键是这两束“种子光”必须要有相同的光学特性。 利用种子光轰击下落的锡珠,第一束种子光将锡珠轰成正确的形状,第二束穿过锡珠形成一个发光的等离子体,发射出波长为 13.5 nm 的 极紫外光。 它的难点在于时间的掌控,过早则无法形成规则的锡珠,产生不合格的极紫外光。过晚,第二束激光就无法击中锡珠,也就无法产生极紫外光。 第三步: 产生的极紫外光需要聚焦后,再穿过透镜照射在掩膜板上,然后再照射的晶圆上进行光刻。 这一步对镜片的要求极为苛刻,一旦出现丝毫误差,就无法将极紫外光聚集在一起,形成有效的光源。 能够做出这一独特光源系统的公司只有一家,通快半导体制造激光系统公司,其拥有500多名员工,专门从事EUV激光器研发。 但是仅凭它自己还是无法做到,需要美国的Cymer公司通力合作。之后Cymer被ASML收购。ASML成为了拥有该项技术的公司。 EUV设备制造完成后,安装调试工作也是极其繁杂的。 单台EUV设备里超过十万个零件、4万个螺栓,以及3000多条线路。仅仅软管加起来,就有两公里长,这么一台庞大的设备,重量足足有180吨。安装调试就需要几个月。 没有专业的团队,系统的培训,根本无法完成这项工作。 即便如此,ASML也只拥有10%的核心技术,其余配件中精密镜头来自德国蔡司、特殊材料来自日本,轴承和阀件来自瑞典和法国。 总之,EUV光刻机是世界科技的集大成者,某一个国家单独完成这项工作被称为“不可能”, 难怪ASML高管直言:就算给你们图纸,也造不出来高端光刻机来。 国产光刻机的突围 除了上海微电子外,其他国内企业、研发机构也纷纷布局光刻机领域,并且有了部分成果。 2018年8月,清华大学朱煜教授带领的团队成功研发出了双工作台光刻机,中国已经成为全球第二个掌握双工作台的国家。 中科院也加大了研发力度,旗下光电所研制出“超分辨光刻装备”,采用365nm波长的紫外光单次曝光就实现了22nm的分辨率,多次曝光后可以达到7nm。 武汉光电所采用激光衍射,成功刻出了9nm线宽的线段,实现了从超分辨成像到超衍射极限光刻制造的重大创新。 合肥芯硕半导体、无锡影速,也实现了200nm光刻机的量产,并且积极布局下一代制程。 中微公司带头破冰5nm刻蚀机,在全球刻蚀机产业中,中微公司的实力已位居一线,甚至将5nm刻蚀机打入了台积电的供应链。 中国企业、科研机构在不断地突围,光刻机的难题正在一个一个的被攻克,半导体产业链也开始逐步完善。 中国的光刻机在突围,中国的芯片产业链在合围。 一旦EUV光刻机突围,那么中国的芯片产业链也将实现完美的合围。 在芯片设计领域,EDA软件一直高不可攀,而国内企业华大九天一直聚焦于EDA软件的开发及服务,目前已经完成了28nm的设计软件。 芯片设计领域的华为海思是行业翘楚,手机端的麒麟芯片、5G巴龙基带芯片、AI端的昇腾芯片、服务器端的鲲鹏芯片、网络端的凌霄芯片,都很受市场欢迎。 而被誉为海思的“接棒者”紫光展锐发展迅速,已经成为目前国内唯一能设计出5G芯片并通用出货的厂商,研发能力达到了6nm水准。 国产CPU指的应该是兆芯,这家国产CPU公司掌握领先的自研实力,在通用CPU有不错的性能表现。 新昇半导体已经突破12英寸的硅片的制造技术,硅片这类的原材料已经不是问题。 制造端的中芯国际已经具备14nm芯片量产的技术,7nm、5nm已经研发完毕,只待EUV光刻机。 封测领域的长电科技已经成为全球前三的封装测试服务商,产品和技术涵盖了网络通讯、移动终端、高性能计算、车载电子、大数据存储、人工智能与物联网、工业智造等领域。 IDM模式中,长江存储就是最好的例子,公司专注于3D NAND闪存设计制造一体化,产品包括闪存、嵌入式存储、企业级硬盘等等,广泛应用于消费电子、移动通信、服务器及数据中心。凭借过硬的实力进入了苹果供应商名单。 可以看出,国内半导体企业遍地开花,28nm以上制程的芯片可以实现独立自主,而高端芯片也正在形成全产业链的合围。 写到最后 90nm光刻机被攻克,这只是芯片国产化进程的一个缩影。 实际上无论是芯片本身,还是芯片设计、制造设备,国产化一直在推进。或许会迟到,但绝不会缺席! “合则两利,斗则俱损”!希望某些“人”能及早明白这个道理。 我是科技铭程,欢迎共同讨论! 特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。 Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services. /阅读下一篇/ 返回网易首页 下载网易新闻客户端 |
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