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中芯赌上1.2亿美元抢下最先进光刻机 解码世界最贵精密仪器
来源:中国数控机床网   发表时间:2018/5/28 22:00:00  浏览次数:
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ASML 光刻机ASML 光刻机身为中国半导体“国家队”的中芯国际,在前台积电、三星首席技术官梁孟松出任联席 CEO 后,提出 2019 年要量产 14 纳米 FinFET 的时程表,然供应链透露,10 纳米也计划力拼在同年推出,以此来看,看似低调的中芯,其实早已开始密谋规划在 2019 年连续发射 14 / 10 纳米两枚高端技术的巨型飞弹,要把与台积电、三星之间的工艺距离缩短至 1~1.5 个世代,届时,禁锢多年的国内高端技术将全面破茧而出。

ASML 光刻机到位,象征国内半导体技术进入全新阶段

近期中国半导体产业有个非比寻常的突破,来自于中芯国际、紫光集团长江存储、华虹集团华力微电子均获得荷兰设备大厂 ASML 光刻机支援,这三家大厂分属于 14/10 纳米技术、3D NAND 技术,以及主攻 28 纳米开发,同步获得高端光刻机,是国内半导体携手挺进高端技术的一大步。

中芯国际预定了一台 ASML 极紫外光光刻机,价格 1.2 亿美元,预定 2019 年交货,这是有史以来中芯进口最高端的半导体机台设备,可见在高端工艺技术上的决心,或许将展现“国家队”实力。

长江存储从荷兰阿斯麦(ASML)公司订购的一台光刻机已抵达武汉。这台光刻机价值高达7200万美元,约合人民币4.6亿元。

虽然是买别人的东西,但是这两条信息还是足够令国人兴奋,毕竟这种机器咱们造不出来,人家不卖给咱们,自己的芯片制造就搞不定。

等价波音737的光刻机是个啥?

光刻机是芯片制造的核心设备之一,按照用途可以分为好几种:有用于生产芯片的光刻机;有用于封装的光刻机;还有用于LED制造领域的投影光刻机。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。

芯片制造中,设备龙头就是光刻机,而光刻机的源头就是ASML!现阶段,ASML已经成为光刻机的代名词。

半导体行业有一句不成规的名言:艾司摩尔(ASML)的技术到哪里,全球半导体的制程就在哪里。

上面这个就是ASML光刻机的截面图,这台机器价值不菲。事实上中国的芯片制造商们要想量产7nm及其以下的工艺的芯片,就必须引入EUV光刻机。

一台设备卖上亿,全球半导体厂商看其脸色!

荷兰的ASML在光刻机市场上占据了80%的份额,旗下所研发的EUV光刻机曾售价高达1亿美元一台,而且还不一定有货。皆因每台光刻机的装配大约需要50000个零件左右,预计ASML2018年面向全球的产量仅为12台,也就是1个月只能有1台出售给半导体厂商。国际上著名的芯片制造商如Intel、台积电、三星都是它名下的股东。

在高端光刻机上,除了龙头老大ASML,尼康和佳能也曾做过光刻机,而且尼康还曾经得到过Intel的订单。但是近些年,尼康在ASML面前被打的毫无还手之力,高端光刻机市场基本被ASML占据——即便是尼康最新的Ar-F immersion 630卖价还不到ASML Ar-F immersion 1980D平均售价的一半,也无法挽回败局。

原因何在?一方面是Intel新CEO上台后,不再延续与尼康的620D合同,这使得尼康失去了一个大客户。另一方面,也和尼康自身技术实力不足有关,尼康的光刻机相对于ASML有不少瑕疵,在操作系统上设计的架构有缺陷,而且尼康的光刻机的实际性能和尼康官方宣传的有不小差距,这使得台积电、Intel、三星、格罗方德等晶圆大厂不可能为了省一点钱去卖有瑕疵的产品。

目前,尼康的高端光刻机基本被ASML吊打,主流半导体产线中只有少数低阶老机龄的光刻机还是尼康或者佳能,其他基本都是ASML的天下。某种程度上,尼康的光刻机也只能用卖的超级便宜来抢市场了。那么,卖的到底有多便宜呢?

用数据来说话,ASML的 EUV NXE 3350B 单价超过1亿美元,ArF Immersion售价大约在7000万美元左右。相比之下,尼康光刻机的单价只相当于ASML价格的三分之一。

相比之下,国内光刻机厂商则显得非常寒酸,处于技术领先的上海微电子装备有限公司已量产的光刻机中,性能最好的是能用来加工90nm芯片的光刻机,技术差距说是鸿沟都不为过。正是因此,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。

光刻机工作原理

上图是一张ASML光刻机介绍图。下面,简单介绍一下图中各设备的作用。

测量台、曝光台:是承载硅片的工作台。

激光器:也就是光源,光刻机核心设备之一。

光束矫正器:矫正光束入射方向,让激光束尽量平行。

能量控制器:控制最终照射到硅片上的能量,曝光不足或过足都会严重影响成像质量。

光束形状设置:设置光束为圆型、环型等不同形状,不同的光束状态有不同的光学特性。

遮光器:在不需要曝光的时候,阻止光束照射到硅片。

能量探测器:检测光束最终入射能量是否符合曝光要求,并反馈给能量控制器进行调整。

掩模版:一块在内部刻着线路设计图的玻璃板,贵的要数十万美元。

掩膜台:承载掩模版运动的设备,运动控制精度是nm级的。

物镜:物镜用来补偿光学误差,并将线路图等比例缩小。

硅片:用硅晶制成的圆片。硅片有多种尺寸,尺寸越大,产率越高。题外话,由于硅片是圆的,所以需要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系,根据缺口的形状不同分为两种,分别叫flat、notch。

内部封闭框架、减振器:将工作台与外部环境隔离,保持水平,减少外界振动干扰,并维持稳定的温度、压力。

在加工芯片的过程中,光刻机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,然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图。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。

 

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