中國芯片為何卡在光刻機上 日方:復雜的你們做不了

時間:2018-7-30 15:18:00 來源:新浪軍事 添加人:admin

  荷蘭ASML是世界頂尖光刻機的全球唯一生產商。

  眾所周知,航空發動機和光刻機分別代表了人類科技發展的頂級水平,都可以算得上是工業皇冠上的奪目的明珠。目前,我國航空發動機已經有了長足的進步,那么,我國的光刻機發展現狀如何?這種譽為新時代“兩彈一星”級別的“神器”我國能趕超歐美嗎?特別是最近某科技媒體稱,“是什么卡了我們的脖子—— 這些“細節”讓中國難望頂級光刻機項背”,筆者根據公開資料解析我國光刻機最新進展。所謂光刻機,原理實際上跟照相機差不多,不過它的底片是涂滿光敏膠(也叫光刻膠)的硅片。各種電路圖案經激光縮微投影曝光到光刻膠上,光刻膠的曝光部分與硅片進行反應,將其永久的刻在硅片上,這是芯片生產的最關鍵步驟。 由于光刻機在芯片最后的封裝,以及平板顯示器件生產都可以用到,所以這里的光刻機一般特指芯片生產的前道光刻機。

  由于前道光刻機技術極端復雜,經過多年競爭,目前由原荷蘭飛利浦公司發展而來的ASML(阿斯麥)公司一家獨大,占據大部分市場份額,日本的兩家光刻機公司(尼康和佳能)茍延殘喘,基本上已退出光刻機市場 ,就連科技最發達的美國目前也不能獨自完整生產出前道光刻機 ,只要求掌握最關鍵技術,和擁有ASML(阿斯麥)公司關鍵控股權。一些言論認為:“作為集成電路制造過程中最核心的設備,光刻機至關重要,芯片廠商想要提升工藝制程,沒有它萬萬不行,我國半導體工藝為啥提升不上去,光刻機被禁售是一個主要因素”。實際上,早在1971年,我國清華大學精儀系就成功研制出了“激光干涉定位自動分步重復照相機”,也就是前道步進光刻機原型。那時,現在的光刻機巨頭ASML還未創立,可以說跟歐美光刻技術處于同一水平,進入80年代后,隨著國家放慢了對半導體工業支持的腳步,面對飛速發展的國際半導體行業,我國卻被遠遠甩在了后面。

  進入21世紀后,我國重新開展了前道光刻機的研發工作,并成立了專門的研發公司——上海微電子裝備有限公司(SMEE)。當時國外公司傲慢的說,“即使把圖紙和元器件全部給你們,你們也裝配不出來”。上海微電子裝備有限公司進行集成式創新,終于于2007年研制出了我國首臺90納米高端投影光刻機,成為世界上第四家掌握高端光刻機技術的公司。據公開資料披露,由于該樣機大量采用外國關鍵元器件進行集成,在得知我國研制出光刻機后,外國公司默契的進行了關鍵元器件禁運,樣機成了擺設,無法投入商業化生產。公司不得不將產品開發投入到技術含量較低的后道封裝光刻機和平板顯示光刻機上來,并成功的占領了國內封裝光刻機80%的市場,解決了公司生存危機,但我國芯片生產的關鍵難題并沒有解決。

  面對如此困難的局面,我國并沒有泄氣,認真梳理了前道光刻機的關鍵核心技術,決定開展全國科技大協作,投巨資和精兵強將攻下這一科研難關。第一道難關是光刻機的曝光光學系統,由數十塊鍋底大的鏡片串聯組成,其光學零件精度控制在幾個納米以內,ASML公司的鏡頭組由老牌光學儀器公司德國蔡司獨家生產。該項技術由生產遙感衛星鏡頭的長春光機所和國防科技大學光學精密工程創新團隊等聯合攻關,已獲得多項突破性成果。成功研制了含有非球面光學元件的投影光刻曝光光學系統,并在上海微電子90nm光刻機整機上獲得了滿足光刻工藝要求的85nm極限曝光分辨率的成果,并全面掌握了浸沒式28nm光刻機以及更高水平的光刻機曝光光學系統,已批量生產110nm節點KrF曝光光學系統,值得一提的是,更短波長的極紫外EUV投影光刻機曝光光學系統也成功突破,獲得EUV 投影光刻32 nm 線寬的光刻膠曝光圖形。

  第二道難關是光刻機的激光光源,據非官方消息稱,上海微電子的光刻機光源就因為沒有國產化,被西方公司卡脖子導致無法商用。光刻用準分子激光器光源需要窄線寬、大能量和高脈沖頻率,這些參數互相矛盾,研制難度極大,目前經兼并組合后,全世界只有一家日本公司獨立生產光源,其余皆被ASML公司收購。我科學院光電研究院等承擔光刻機中的ArF準分子激光光源研發任務后,經9年努力,已完成國內首臺 “65納米 ArF 步進掃描雙工件臺光刻機曝光光源”制造任務和 “45納米以下浸沒式曝光光源研制與小批量產品生產能力建設”任務。以及20-40瓦 90納米光刻機 ArF曝光光源批量化生產任務。第三道難關是光刻機工件臺,為將設計圖形制作到硅片上,并能在2~3平方厘米的方寸之地集成數十億只晶體管, 光刻機工件臺在高速運動下需達到2nm(相當于頭發絲直徑的三萬分之一)的運動精度。

  日本尼康株式會社的社長來我國訪問時曾說過這么一句話:“光刻機光學系統雖然很難,我相信你們能夠研制出來,但(雙)工件臺恐怕就拿不下來了,因為這個系統太復雜了。”我國的清華大學等單位經努力攻關,不僅做出了滿足90納米光刻需要的工件臺,針對28至65納米光刻配套的雙工件臺也已研制成功,使我國成為世界上第二個研制出光刻機雙工件臺的國家。第四道難關是光刻機浸液系統,進入65納米以下制程后,曝光光學系統已不能滿足需要,急需新的技術。臺積電技術人員經研究,提出采用以水為透鏡,激光光束透過“水”為中介,縮短成更短波長,并與ASML公司合作,研制出45納米浸沒式光刻機。就是這項發明使原有193納米波長光刻機不斷延續,芯片制程最低可達7到14納米,臺積電和ASML公司分別成為各自領域龍頭企業。

  我國浙江大學經多年研究,研制出浸液控制系統樣機,為我國浸沒光刻機的研制提供技術支撐。該項目研發成功后將推動國產光刻機一舉超越Nikon和Canon的光刻機,成為全球光刻機生產企業第二名。隨著上述四大關鍵技術的研發成功,ASML公司不得不與上海微電子重新建立合作伙伴關系,并聲稱,從來沒有對中國出售最先進光刻機進行所謂的“禁運”,愿意隨時給我國出口最高級的光刻機,筆者認為,再給我國5至8年時間,我國光科技技術將站上世界領先地位,那時,我國芯片產業將迎來一片曙光。

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