EUV光刻机用于7纳米以下的芯片制程,为5纳米与5纳米以下的芯片生产所必须。EUV光刻机的原理,说起来很简单:用激光器激发出13.5nm波长的极紫外线,然后经过矫正后形成一束可控的光,再用能量控制器,将这一束光投射到光掩膜台后,再经过物镜投射到曝光台,最后在涂了光刻胶的硅晶圆上蚀刻出电路。
一台EUV光刻机有三项核心技术,分别是顶级的光源(激光系统)、高精度的镜头(物镜系统)、精密仪器制造技术(工作台),如见图1所示。
图1
ASML光刻机的核心技术来源如下:
(1)激光系统就是产生极紫外线的系统,这项技术来源于美国企业Cymer,2012年被ASML收购了。
(2)高精度的镜头,也就是将激光进行收集成束,以及物镜系统,这一块的技术来源德国的蔡司,蔡司拿出了全世界最平表现的元件,那就是分布式布拉格反射器。
(3)第三项核心技术,也就是精密仪器制造技术,也来自于德国,甚至连核心一中的整体打包方案都是德国TRUMPF公司提供的。
除此之外,光刻胶在制程中也举足轻重,这一技术目前由日本公司所垄断。
以上信息来自网上,特别参考链接:
https://ee.ofweek.com/2023-02/ART-8500-2800-30586991.html
https://36kr.com/p/2387804804348161
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以下为本人分析。
中国对EUV的研究,始于20年前。多年来,长春光机所哈工大等单位在上述(1)和(2)核心技术领域内,取得了一定成果,虽有所建树,都属于实验室内科研性质的探讨,离建成商业性质的完整可靠可控的EUV核心部件,充其量只能说刚刚摸到了门槛,更别说三个部分的系统组合与精密控制了。此外,用于EUV的高纯度光刻胶,仍是空白,有待于研发。中国制造芯片所需光刻胶,95%依赖进口。
上海微电子预计于2023年年底建成中国第一台浸润式28纳米光刻机。此光刻机原计划2021年底建成,因某些技术不过关,延迟了两年。希望这次能顺利过关。上海微电子生产的90纳米光刻机,代表了目前中国商用光刻机的最高水平。如果28纳米光刻机最终能够推向市场,将是中国商用光刻机行业近期的一大突破,值得庆贺,同时也给予研发更高级光刻机的团队以极大的信心与鼓舞。
然而,从28纳米到5纳米要经过三次升级:14纳米,7纳米,5纳米。每一次升级将面临无数困难,而由于外国的技术封锁,解决困难的方法无先例可循,中国的研发团队只能自己慢慢摸索,这样做就需要时间,还要准备接受不断的失败。因此,企图在十年内三级跳,冲上5纳米的平台,愿望是美好的,实际上几乎不可能。
有人可能会问,为什么不直接从28纳米跳到5纳米呢?不是不可以,而是根本不可能。饭,无论米饭面条包子饺子、还是玉米糊糊煎饼锅盔,都要一口一口吃滴,吃得太急会噎着。
一台成功的商用光刻机有两个指标:(1)良率在90%以上;(2)能够在一定时间内生产出大量合格的芯片,如一个月1-3千万枚芯片。实验室的样机往往达不到这两个指标,因此就无法推广到市场。中国曾经有人宣称其样机达到若干纳米,可惜从来没有达到上述两个标准,因此就只能待在实验室里。光刻机的研制不是用来装装样子,而是用来做实事的。
还有一个重要环节,建造EUV光刻机所需关键零部件的产业链,不在中国掌握之中。很多高精尖零部件,中国目前没有技术能力加工出来。而几十年前美国就已布局,严禁中国购买先进制程光刻机的零部件,最近更变本加厉,不断发布各种禁令,甚至成熟制程光刻机也不放过。在这种情况下,中国欲建立起自己的光刻机产业链,除了耗费巨资,耗时几个十年都不一定够如愿。
2009年,世界上就有28纳米的光刻机。今天最高档的ASML光刻机是3纳米的。14年四次升级(14,7,5,3纳米),平均每次升级耗时三年半,这还是在全球技术力量支持、供应链通畅的情况下完成的。那么,在西方封锁打压、供应链被切断的情况下,中国从28纳米到5纳米,连升三级,十年之内能完成吗?
《结论》 考虑到中国在上述三个技术领域的短板,加上EUV光刻胶的空白,以及无法从国际供应链获取关键的零部件,期待中国在十年之内研发制造出商用的5纳米EUV光刻机【注】,似乎是过于乐观了。
在此严峻的形势下,中国的光刻机业,只能一步一个脚印,先站上28纳米的商用DUV平台,接着建立相关产业链,等站稳脚后,再向着14纳米商用光刻机进发。虽是老生常谈,个人以为,在中国研发商用光刻机有如下六个要点: (1)资金投入; (2)技术储备,特别在精密制造与复杂系统集成方面; (3)人才储备; (4)经验积累; (5)逐步形成产业链; (6)循序渐进,切忌好高骛远。
【注】这里,“商用”是指,光刻机的良率在90%以上,年产合格而不亏本的芯片在1亿片以上。作为参考,一台ASML的NXE 3400C EUV光刻机,一小时就可以生产7.65万块麒麟9000芯片,以90%之良率计,就是6.885万块。1天开机六个小时,就是41.31万块。一年开机250天(周日工作,周末休息),可产出1亿327万块芯片。
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