光刻機(jī)是誰發(fā)明的
工業(yè)能力是一個(gè)國家國防實(shí)力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的基礎(chǔ),而光刻機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)體系的關(guān)鍵部分,不過目前荷蘭光刻機(jī)是最有名的,出口到全球各國,口碑很好。那光刻機(jī)是誰發(fā)明的?主要用途有哪些呢?
1959年,世界上第一架晶體管計(jì)算機(jī)誕生,提出光刻工藝,仙童半導(dǎo)體研制世界第一個(gè)適用單結(jié)構(gòu)硅晶片,1960年代,仙童提出CMOSIC制造工藝,第一臺(tái)IC計(jì)算機(jī)IBM360,并且建立了世界上第一臺(tái)2英寸集成電路生產(chǎn)線,美國GCA公司開發(fā)出光學(xué)圖形發(fā)生器和分布重復(fù)精縮機(jī)。
光刻機(jī)是集成電路制造中最精密復(fù)雜、難度最高、價(jià)格最昂貴的設(shè)備,用于在芯片制造過程中的掩膜圖形到硅襯底圖形之間的轉(zhuǎn)移。集成電路在制作過程中經(jīng)歷材料制備、掩膜、光刻、刻蝕、清洗、摻雜、機(jī)械研磨等多個(gè)工序,其中以光刻工序最為關(guān)鍵,因?yàn)樗钦麄€(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)制造工藝先進(jìn)程度的重要指標(biāo)。
目前,全球最頂尖的光刻機(jī)生產(chǎn)商是荷蘭ASML、Nikon、Canon和上海微電子(SMEE),其中ASML實(shí)力最強(qiáng),因此全球多數(shù)國家都愿意去這家公司進(jìn)口光刻機(jī),值得注意的是,美國正在阻撓中國進(jìn)口荷蘭光刻機(jī),而頗有壓力的荷蘭政府也搖擺不定,目前,三方正在僵持。
中國光刻機(jī)與荷蘭差距
中國光刻機(jī)和荷蘭光刻機(jī)的差距是全方面的,這里面不僅是系統(tǒng)集成商的差距,也包括各種核心配件上的差距,比如光源、鏡頭、軸承等等一些精密部件。
系統(tǒng)集成商上的差距
目前我國能量產(chǎn)的最先進(jìn)光刻機(jī)是90nm工藝,由上海微電子(簡稱SMEE)生產(chǎn)。這點(diǎn)和荷蘭ASML生產(chǎn)的7nm光刻機(jī)可不是一代二代的差距,完全是天壤之別,在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中我們就是屬于低端產(chǎn)品,連中端都算不上。
目前整個(gè)光刻機(jī)市場是荷蘭占據(jù)8成的高端市場,中端主要是日系廠商尼康佳能,剩下我們國產(chǎn)的光刻機(jī)只能用于國內(nèi)一些低端市場(SMEE占了80%的份額)。而這個(gè)低端市場ASML未來也想吃掉,因?yàn)殡S著國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展,已經(jīng)成為全球第二大光刻機(jī)市場,潛力巨大。
當(dāng)然,這些年SMEE研發(fā)工作一直沒停過,差距也再一點(diǎn)點(diǎn)的縮小。早在2018年時(shí)已經(jīng)在驗(yàn)證65nm工藝的光刻機(jī),從時(shí)間上來說已經(jīng)差不多可以量產(chǎn)了,剩下45nm工藝的光刻機(jī)也在研發(fā)中。
為何我國光刻機(jī)會(huì)有如此差距
那么為什么我國的光刻機(jī)會(huì)和荷蘭ASML出現(xiàn)較大的差距?如果要深究的其實(shí)就兩點(diǎn),一是歐美西方國家對我國的封鎖,二是國產(chǎn)配件跟不上。
1、歐美產(chǎn)業(yè)鏈對我國的禁運(yùn):
荷蘭ASML光刻機(jī)之所以能做成,最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是能在全球范圍內(nèi)拿到最好的配件,如德國蔡司的鏡頭,美國的光源系統(tǒng),瑞典的軸承?,F(xiàn)在ASML7nm光刻機(jī)整體有13個(gè)子系統(tǒng),其中90%的配件都是向全球各種頂尖制造商采購。ASML拿到這些配件在經(jīng)過自己的精密設(shè)計(jì)和制造將其打造成一臺(tái)完美的高端光刻機(jī)。
而SMEE無法像荷蘭ASML一樣實(shí)現(xiàn)全球采購,根據(jù)1996年歐美簽署的瓦森納協(xié)議,歐美很多高精端儀器或者配件都對中國禁運(yùn)。這種禁運(yùn)對光刻機(jī)造成了很致命的打擊,其實(shí)很多人可能不知道,SMEE早在2008年就研發(fā)出來了90nm前道光刻,但是由于禁運(yùn)一直無法正式商用,最后不得不重新轉(zhuǎn)向去研發(fā)后道光刻機(jī)。
2、國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)依舊落后:
由于國外對中國進(jìn)行禁運(yùn),我國現(xiàn)有光刻機(jī)不得不使用國產(chǎn)核心組件,而這也是與荷蘭ASML差距較大的原因之一,很多的核心組件都無法和國外廠商的配件相比。目前國內(nèi)這塊最大的差距是移動(dòng)精度控制,其次是光學(xué)系統(tǒng),比如激光光源等。
當(dāng)然,在光刻機(jī)核心子系統(tǒng)上我國也是在努力追趕,比如雙工件臺(tái)有清華大學(xué)承辦研發(fā)(見下圖)華卓精科進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化,長春光機(jī)所承辦研制物鏡,科益宏源在光源方面實(shí)現(xiàn)了ArF準(zhǔn)分子激光光刻技術(shù),以上這些廠商的努力將有助于最后SMEE集成制造出更先進(jìn)的光刻機(jī)。
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