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              中国芯片为何卡在光刻机上 日方:复杂的你们做不了
              2018年07月30日 15:18 标牌产业网

                荷兰ASML是世界顶尖光刻机的全球唯一生产商。

                众所周知,航空发动机和光刻机分别代表了人类科技发展的顶级水平,都可以算得上是工业皇冠上的夺目的明珠。目前,我国航空发动机已经有了长足的进步,那么,我国的光刻机发展现状如何?这种誉为新时代“两弹一星”级别的“神器”我国能赶超欧美吗?特别是最近某科技媒体称,“是什么卡了我们的脖子—— 这些“细节”让中国难望顶级光刻机项背”,笔者根据公开资料解析我国光刻机最新进展。所谓光刻机,原理实际上跟照相机差不多,不过它的底片是涂满光敏胶(?#27493;?#20809;刻胶)的硅片。各种电路图案经激光缩微投影曝光到光刻胶上,光刻胶的曝光部分与硅片进行反应,将其永久的刻在硅片上,这是芯片生产的最关键步骤。 由于光刻机在芯片最后的封装,以及平板显?#37202;?#20214;生产都可?#26434;?#21040;,所以这里的光刻机一般特指芯片生产的前道光刻机。

                由于前道光刻机技术极端复杂,经过多年竞争,目前由原荷兰飞利浦公司发展而来的ASML(阿斯麦)公司一家?#26469;螅?#21344;据大部分市场份额,日本的两家光刻机公司(尼康和佳能)苟延残喘,基本上已退出光刻机市场 ,就连科技最发达的美国目前也不能独自完整生产出前道光刻机 ,只要求掌握最关键技术,和拥有ASML(阿斯麦)公司关键控股权。一些?#26376;?#35748;为:“作为集成电?#20998;?#36896;过程中最核心的设备,光刻机至关重要,芯片厂商想要提升工艺制程,没有它万万不行,我国半导体工艺为啥提升不上去,光刻机被禁售是一个主要因素”。实际上,早在1971年,我国清华大学精仪系就成功研制出了“激光干涉定位自动分步重复照相机”,也就是前道步进光刻机原型。那时,现在的光刻机巨头ASML还未创立,可以说跟欧美光刻技术处于同一水平,进入80年代后,随着国家放慢了对半导体工业支持的脚步,面对飞速发展的国际半导体行业,我国却被?#23545;端?#22312;了后面。

                进入21?#20848;?#21518;,我国重新开展了前道光刻机的研发工作,并成立了专门的研发公司——上海微电子装备有限公司(SMEE)。当时国外公司傲慢的说,“即使把图纸和元器件全部给你们,你们也装配不出来”。上海微电子装备有限公司进行集成式创新,终于于2007年研制出了我国首台90纳米高端投影光刻机,成为世界上第四家掌握高端光刻机技术的公司。据公开资料披露,由于该样机大量采用外国关键元器件进行集成,在得知我国研制出光刻机后,外国公司默契的进行了关键元器件禁运,样机成了摆设,无法投入商业化生产。公司不得不将产品开发投入到技术含量?#31995;?#30340;后道封装光刻机和平板显示光刻机上来,并成功的占领了国内封装光刻机80%的市场,解决了公司生存危机,但我国芯片生产的关键难题并没有解决。

                面对如此困难的局面,我国并没有泄气,认真梳理了前道光刻机的关键核心技术,决定开展全国科?#21363;?#21327;作,投巨资和精兵强将攻下这一科?#24515;?#20851;。第一道难关是光刻机的曝光光学系统,由数十块锅?#29366;?#30340;镜片串联组成,其光学零件精度控制在几个纳米以内,ASML公司的镜头组由老牌光学仪器公司德国蔡司?#20848;?#29983;产。该项技术由生产遥感卫星镜头的长春光机所和国防科?#21363;?#23398;光学精密工程创新团队等联合攻关,已获得多项突破性成果。成功研制了含有非球面光学元件的投影光刻曝光光学系统,并在上海微电子90nm光刻机整机上获得了满足光刻工艺要求的85nm极限曝光分辨率的成果,并全面掌握了浸没式28nm光刻机以及更高水平的光刻机曝光光学系统,已批量生产110nm节点KrF曝光光学系统,值得一提的是,更短波长的极紫外EUV投影光刻机曝光光学系统也成功突破,获得EUV 投影光刻32 nm 线宽的光刻胶曝光图形。

                第二道难关是光刻机的激光光源,据非官方消息称,上海微电子的光刻机光源就因为没有国产化,被西方公司卡脖子导致无法商用。光刻用准分子激光器光源需要窄线宽、大能量和高脉冲?#24503;剩?#36825;些参数互相矛盾,研制?#35759;?#26497;大,目前经兼并组合后,全世界只有一家日本公司独立生产光源,其余?#21592;籄SML公司收购。我科学院光电?#33455;?#38498;等承担光刻机中的ArF准分子激光光源研发任务后,经9年努力,已完成国内首台 “65纳米 ArF 步进扫描双工件台光刻机曝光光源”制造任务和 “45纳米以下浸没式曝光光源研制与小批量产品生产能力建设”任务。以及20-40瓦 90纳米光刻机 ArF曝光光源批量化生产任务。第三道难关是光刻机工件台,为将设计图形制作到硅片上,并能在2~3平方厘米的方寸之地集成数十亿只晶体管, 光刻机工件台在高速运动下需达到2nm(相当于头发丝?#26412;?#30340;三万分之一)的运动精度。

                日本尼康株式会社的社长来我国访问时曾说过这么一句话:“光刻机光学系统虽然很难,我相信你们能够研制出来,但(双)工件台恐怕就拿不下来了,因为这个系?#31243;?#22797;杂了。”我国的清华大学等单位经努力攻关,不仅做出了满足90纳米光刻需要的工件台,针对28至65纳米光刻配套的双工件台也已研制成功,使我国成为世界上第二个研制出光刻机双工件台的国家。第四道难关是光刻机浸液系统,进入65纳米以下制程后,曝光光学系统已不能满足需要,急需新的技术。台积电技术人员经?#33455;浚?#25552;出采用以水为透镜,激光光束透过“水”为中介,缩短成更短波长,并与ASML公司合作,研制出45纳米浸没式光刻机。就是这项发明使原有193纳米波长光刻机不断?#26377;?#33455;片制程最低可达7到14纳米,台积电和ASML公司分别成为各自领域龙头企业。

                我国浙江大学经多年?#33455;浚?#30740;制出浸液控制系统样机,为我国浸没光刻机的研制提供技术支撑。该项目研发成功后将推动国产光刻机一举超越Nikon和Canon的光刻机,成为全球光刻机生产企业第二名。随着上述四大关键技术的研发成功,ASML公司不得不与上海微电子重新建立合作伙伴关系,并声称,?#27704;?#27809;有对中国出售最先进光刻机进行所谓的“禁运”,愿意随时给我国出口最高级的光刻机,笔者认为,再给我国5至8年时间,我国光科技技术将站上世界领先地位,那时,我国芯片产业将迎来一片曙光。

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