前沿:
目前,荷蘭的ASML(阿斯麥/艾司摩爾)處于光刻機行業霸主地位,其擁有全球晶圓廠光刻機設備高達8成的市場份額,也是爲數不多的高端光刻機設備廠商,旗下産品包括幹式曝光機、浸潤式光刻機、EUV(極紫外線光刻機)。
EUV極紫外7nm光刻機 NXE:3350B,峰值産率1386片/天,單台售價超過1億美元
一、光刻機與刻蝕機的區別
光刻機:用激光把設計好的電路圖複制到晶圓上(激光複印,芯片制造工藝第一步)。
目前在技術上荷蘭ASML一枝獨秀,全球絕大多數半導體生産廠商,都向ASML采購TWINSCAN機型,例如英特爾、三星、海力士、台積電以及中芯國際。
荷蘭ASML TWINSCAN NXT:1980Di
刻蝕機:對晶圓上的電路圖進行微觀蝕刻,“剝離”刻出溝槽或接觸空。(芯片制造工藝第二步)。
目前在刻蝕機技術上中國已經處于世界先進水平,主要競爭對手是美國的LamResearch(拉姆研究)。
值得注意的是,由于中國刻蝕機(中微半導體AMEC的7nm刻蝕機台)獲得突破,美國商務部工業安全局已于2015年解除禁令。
中微AMEC單反應台等離子體刻蝕設備Primo SSC AD-RIE™
二、光刻機行業荷蘭ASML爲何能一枝獨秀
因爲一個人:前台積電研發副總經理、世界微影技術權威林本堅。
那麽,林本堅何方神聖呢?
過去半導體晶片制程主要采用幹式曝光,以空氣爲鏡頭和晶圓之間的介質,林本堅創全球之先提出的浸潤式微影技術,則是以水爲介質,在鏡頭和晶圓之間注入水,光的波長在水中縮短爲134nm,得以刻出更精密的晶片,這項創新也改寫了半導體業十幾年來的發展藍圖。
此前,光刻機技術的傳統路線是幹式曝光,荷蘭ASML、尼康、佳能在這條技術路線上三足鼎立。
對于光刻機技術來說,
90nm是一個技術台階,45nm是一個技術台階,22納米是一個技術台階。
90nm升級到65nm不難,但是65nm要升級到45nm卻難多了,而幹式曝光技術在45nm這個台階上會是極限。
那麽,誰能突破這個極限,誰就是贏家,尼康和佳能都沒能突破,但是荷蘭ASML突破了。
荷蘭ASML的技術突破,靠的不是自己,而是台積電的林本堅。
2007年,ASML配合台積電林本堅提出的技術方向,推出了193nm光源的浸沒式系統,在光學鏡頭與硅晶圓片導入折射率達到1.44的去離子水作爲介質,在原有光源與鏡頭的條件下,能顯著提升蝕刻精度,成爲目前高端光刻的主流技術方案,一舉壟斷市場。
而當時尼康與佳能主推的157nm光源的幹式光刻,最終被市場所抛棄,更爲關鍵的是,三大主要的Foundry廠商英特爾、三星、台積電在2012年前後都成爲荷蘭ASML的股東。
而這也是日本尼康和佳能在光刻機市場持續走向沒落的一個關鍵因素。
浸潤式光刻機ArF-Immersion 1980Di,僅次于最先進的EUV(極紫外)精度14nm
目前,ArF-Immersion 1980Di 浸潤式光刻機已解禁進入中國,引進者是台積電南京廠、三星西安廠、海力士無錫廠。
中芯國際引進的是最先進的EUV(極紫外)NXE:3350B,已與ASML簽約,2019年到貨。
近日,ASML中國區總裁金泳璇在接受媒體(DIGITIMES )采訪時證實了以上消息,ASML對大陸晶圓廠與國際客戶一視同仁,只要客戶下單,EUV NXE:3350B要進口到中國完全沒有任何問題。
另,EUV最新的型號爲NXE:3400
作爲最高端的工業皇冠,ASML的頂級光刻機應該是瓦森納協議的禁售對象,爲什麽解禁了?
推測原因可能有:1、西方統一戰線出現分裂,瓦森納協議不好使了,美國對歐盟(荷蘭)的控制力減弱。2、中國國産的光刻機研發有重大進展,即將突破。
三、摩爾定律起死回生
目前,浸潤式顯影技術已經走到三重曝光(triple-patterning)階段,成本已然超過EUV,生産交期更長、技術更爲複雜,從量産的性價比角度,EUV在7nm以下技術節點已屬于最適方案。
NXT:1980Di多重成像技術(左)與EUV極紫外(右)對比,差距顯而易見。線寬≥24nm
四、光刻機國産化
光刻機有三大件:光源、物鏡、工作台,每件都是超級精密的存在。
光源,中國獨特的固體激光技術可以達到極紫外的精度,目前這項技術中國對西方是逆向封鎖的,把瓦森納協定反過來理解就對了。傳聞這項技術與荷蘭ASML做過交易,具體不詳。
物鏡,已知的“國防科技大學”精密工程實驗室,是世界上唯一同時具有磁流變和離子束抛光研發能力的科研機構。
工作台,超精密機械加工是中國的弱項,屬于光刻機三大件中的短板。
該項目由清華大學教授朱煜朱教授負責,目前荷蘭ASML和中國華卓精科的工件台都是采用磁懸浮平面電機技術路線。
華卓精科的工件台已完成28nm及以下節點浸潤式光刻機雙工件台産品化開發並具備小批量供貨能力。
光刻機雙工件台樣機,技術路線采用了ASML最新的磁懸浮平面電機技術
華中科技大學國家光電實驗室甘棕松教授的超分辨納米光刻技術
采用超分辨的方法突破光學衍射的限制,將光聚集到更小的尺寸,超分辨光刻硬件部分只需要一台飛秒激光器和一台普通連續激光器,成本只是主流光刻機的幾分之一。
該系統運行條件比紫外光刻機溫和得多,不需要真空環境,不需要特殊的發光和折光元器件,和一般光刻系統相比,該系統僅僅是引入了第二束光,系統光路設計上改動比較小,光刻機工程化應用相對容易,有希望使國産光刻機在高端領域彎道超車、有所突破。
離子注入
中電科電子裝備集團有限公司首台中束流離子注入機在中芯國際大生産線上穩定流片逾200萬,首台200mmCMP設備實現了銷售。
江豐電子生産車間
PVD高純金屬濺射靶材
哈工大工學博士、日本廣島大學工學博士姚力軍,曾擔任世界500強霍尼韋爾公司電子材料部門日本生産基地總執行官,2004年出任霍尼韋爾公司電子材料事業部大中華區總裁。
2005年率多名海外博士、日本及美國籍的專家回國創業,創立甯波江豐電子材料有限公司,擔任董事長兼總經理,專業從事超大規模集成電路制造用濺射靶材的研發和生産,結束了該産品長期依賴進口的曆史。
江豐電子靶材産品已在全世界主要半導體企業實現批量銷售,包括中芯國際、台積電(上海)、華虹NEC、GF新加坡、IBM、Freescale、美光科技、日本的NEC、富士電機、東芝、索尼、日立、松下,都是江豐電子的客戶。
江豐電子已經是國內高純金屬濺射靶材行業的龍頭企業。
安森美半導體集團向江豐電子頒發“2017年度前端直接材料供應商大獎”
任重而道遠:
1.1949年-1994年美國爲首的巴黎統籌委員會(Coordinating Committee for Export to Communist Countries),是對社會主義國家實行禁運和貿易限制的國際組織,正式名稱爲輸出管制統籌委員會,簡稱巴統。
2.巴統中國委員會 1952年成立,是專門對中國實行禁運的執行機構。巴統的宗旨是執行對社會主義國家的禁運政策,禁運産品有三大類:包括軍事武器裝備、尖端技術産品和戰略産品。
隨著前蘇聯1991年解體,1994年4月1日,巴黎統籌委員會正式宣告解散。
3.瓦森納協議 1996年7月,美國牽頭以西方國家爲主的33個國家在奧地利維也納簽署了《瓦森納協定》,簡稱瓦協,決定從1996年11月1日起實施新的控制清單和信息交換規則。
與“巴統”一樣,“瓦協”同樣包含兩份控制清單:
一份是軍民兩用商品和技術清單,涵蓋了先進材料、材料處理、電子器件、計算機、電信與信息安全、傳感與激光、導航與航空電子儀器、船舶與海事設備、推進系統等9大類。
另一份是軍品清單,涵蓋了各類武器彈藥、設備及作戰平台等共22類。
1991年蘇聯解體以後,俄羅斯一度是親西方的,曾經是G8成員。因此,1996年瓦森納協議成員國也吸納了俄羅斯。這樣一來,瓦森納協議,實質上就是專門針對中國的禁運協議。
曆史證明,禁運封鎖也無法阻止中國的發展。