EUV光刻機用於7納米以下的芯片製程,為5納米與5納米以下的芯片生產所必須。EUV光刻機的原理,說起來很簡單:用激光器激發出13.5nm波長的極紫外線,然後經過矯正後形成一束可控的光,再用能量控制器,將這一束光投射到光掩膜台後,再經過物鏡投射到曝光台,最後在塗了光刻膠的硅晶圓上蝕刻出電路。
一台EUV光刻機有三項核心技術,分別是頂級的光源(激光系統)、高精度的鏡頭(物鏡系統)、精密儀器製造技術(工作檯),如見圖1所示。

圖1
ASML光刻機的核心技術來源如下:
(1)激光系統就是產生極紫外線的系統,這項技術來源於美國企業Cymer,2012年被ASML收購了。
(2)高精度的鏡頭,也就是將激光進行收集成束,以及物鏡系統,這一塊的技術來源德國的蔡司,蔡司拿出了全世界最平表現的元件,那就是分布式布拉格反射器。
(3)第三項核心技術,也就是精密儀器製造技術,也來自於德國,甚至連核心一中的整體打包方案都是德國TRUMPF公司提供的。
除此之外,光刻膠在製程中也舉足輕重,這一技術目前由日本公司所壟斷。
以上信息來自網上,特別參考鏈接:
https://ee.ofweek.com/2023-02/ART-8500-2800-30586991.html
https://36kr.com/p/2387804804348161
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以下為本人分析。
中國對EUV的研究,始於20年前。多年來,長春光機所哈工大等單位在上述(1)和(2)核心技術領域內,取得了一定成果,雖有所建樹,都屬於實驗室內科研性質的探討,離建成商業性質的完整可靠可控的EUV核心部件,充其量只能說剛剛摸到了門檻,更別說三個部分的系統組合與精密控制了。此外,用於EUV的高純度光刻膠,仍是空白,有待於研發。中國製造芯片所需光刻膠,95%依賴進口。
上海微電子預計於2023年年底建成中國第一台浸潤式28納米光刻機。此光刻機原計劃2021年底建成,因某些技術不過關,延遲了兩年。希望這次能順利過關。上海微電子生產的90納米光刻機,代表了目前中國商用光刻機的最高水平。如果28納米光刻機最終能夠推向市場,將是中國商用光刻機行業近期的一大突破,值得慶賀,同時也給予研發更高級光刻機的團隊以極大的信心與鼓舞。
然而,從28納米到5納米要經過三次升級:14納米,7納米,5納米。每一次升級將面臨無數困難,而由於外國的技術封鎖,解決困難的方法無先例可循,中國的研發團隊只能自己慢慢摸索,這樣做就需要時間,還要準備接受不斷的失敗。因此,企圖在十年內三級跳,衝上5納米的平台,願望是美好的,實際上幾乎不可能。
有人可能會問,為什麼不直接從28納米跳到5納米呢?不是不可以,而是根本不可能。飯,無論米飯麵條包子餃子、還是玉米糊糊煎餅鍋盔,都要一口一口吃滴,吃得太急會噎着。
一台成功的商用光刻機有兩個指標:(1)良率在90%以上;(2)能夠在一定時間內生產出大量合格的芯片,如一個月1-3千萬枚芯片。實驗室的樣機往往達不到這兩個指標,因此就無法推廣到市場。中國曾經有人宣稱其樣機達到若干納米,可惜從來沒有達到上述兩個標準,因此就只能待在實驗室里。光刻機的研製不是用來裝裝樣子,而是用來做實事的。
還有一個重要環節,建造EUV光刻機所需關鍵零部件的產業鏈,不在中國掌握之中。很多高精尖零部件,中國目前沒有技術能力加工出來。而幾十年前美國就已布局,嚴禁中國購買先進製程光刻機的零部件,最近更變本加厲,不斷發布各種禁令,甚至成熟製程光刻機也不放過。在這種情況下,中國欲建立起自己的光刻機產業鏈,除了耗費巨資,耗時幾個十年都不一定夠如願。
2009年,世界上就有28納米的光刻機。今天最高檔的ASML光刻機是3納米的。14年四次升級(14,7,5,3納米),平均每次升級耗時三年半,這還是在全球技術力量支持、供應鏈通暢的情況下完成的。那麼,在西方封鎖打壓、供應鏈被切斷的情況下,中國從28納米到5納米,連升三級,十年之內能完成嗎?
《結論》 考慮到中國在上述三個技術領域的短板,加上EUV光刻膠的空白,以及無法從國際供應鏈獲取關鍵的零部件,期待中國在十年之內研發製造出商用的5納米EUV光刻機【注】,似乎是過於樂觀了。
在此嚴峻的形勢下,中國的光刻機業,只能一步一個腳印,先站上28納米的商用DUV平台,接着建立相關產業鏈,等站穩腳後,再向着14納米商用光刻機進發。雖是老生常談,個人以為,在中國研發商用光刻機有如下六個要點: (1)資金投入; (2)技術儲備,特別在精密製造與複雜系統集成方面; (3)人才儲備; (4)經驗積累; (5)逐步形成產業鏈; (6)循序漸進,切忌好高騖遠。
【注】這裡,“商用”是指,光刻機的良率在90%以上,年產合格而不虧本的芯片在1億片以上。作為參考,一台ASML的NXE 3400C EUV光刻機,一小時就可以生產7.65萬塊麒麟9000芯片,以90%之良率計,就是6.885萬塊。1天開機六個小時,就是41.31萬塊。一年開機250天(周日工作,周末休息),可產出1億327萬塊芯片。
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