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现代光学工业之花—光刻机
发布日期:2022-07-30 19:09    点击次数:186

光刻机(Mask Aligner)是采用类似照片冲印的技术,把掩膜板上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上的设备,是制造芯片的核心装备,也是目前顶尖科技的代表。中美科技竞争下,因光刻机使用部分美国技术,华为自研的高端芯片供应链被掐断,中芯国际也无法采购最先进的EUV。高端光刻机已成为当前中国半导体的软肋。

高精度光刻机的制造工艺极其复杂,核心零件便有8万个左右,共需要超10万个零部件,因此,光刻机也有了“现代光学工业之花”的称号。如此高的制造门槛,也就导致了光刻机制造领域的玩家也寥寥无几。“头部玩家”基本被荷兰阿斯麦(ASML),日本的尼康和佳能垄断:

佳能光刻机

佳能光刻机的历史始于对相机镜头技术的高度应用。佳能灵活运用20世纪60年代中期在相机镜头开发中积累的技术,研发出了用于光掩膜制造的高分辨率镜头。此后,为了进一步扩大业务范围,佳能开始了半导体光刻机的研发,并于1970年成功发售日本首台半导体光刻机PPC-1,正式进入半导体光刻机领域。目前,佳能的光刻机阵容,包括i线光刻机和KrF光刻机产品线。佳能已累计出货5600余台光刻设备,覆盖众多领域,尤其是在步进光刻机细分市场,佳能有超过80%的市场份额,受到了中国客户的喜爱。

尼康光刻机

尼康则是凭借相机时代的积累,在日本半导体产业全面崛起的初期, 潘作良一度成长为全球光刻机巨头,独占行业50%以上的份额。手里的大客户英特尔,IBM,AMD,德州仪器等几乎每天堵在尼康门口等待最新的产品下线,一时风光无两。然而,在美国政府将EUV技术视为推动本国半导体产业发展的核心技术后,美国便将自己一手支持的当时尚属小角色的阿斯麦推上前台,并在半导体干湿刻法的技术之争中胜出,尼康也由此开始衰落。其昔日的客户和盟友纷纷背叛,晶圆代工厂基本都将尼康的光刻机排除在大门之外。尼康目前出货的光刻机基本只能卖给三星,LG,京东方等用来生产面板。受各业务下滑影响,尼康不得不进行了多次的大规模裁员。

ASML光刻机

ASML现在则是光刻机制造领域无可争议的霸主。它为半导体生产商提供光刻机及相关服务,其TWINSCAN系列是世界上精度最高,生产效率最高,应用最为广泛的高端光刻机型。全球绝大多数半导体生产厂商,都向ASML采购TWINSCAN机型,比如英特尔(Intel)、三星(Samsung)、海力士(Hynix)、台积电(TSMC)、中芯国际(SMIC)等。

市场上的主力机种是XT系列以及NXT系列,为ArF和KrF激光光源,XT系列是成熟的机型,分为干式和沉浸式两种,而NXT系列则是主推的高端机型,全部为沉浸式。

ASML基于极紫外(EUV)光源的新型光刻机,型号定为NXE系列,是一个划时代的产品,关键尺寸在10nm以下的芯片晶圆,只能用EUV光刻机生产,ASML实现了该领域的100%垄断。

在国产光刻机制造企业当中,上海微电子相对比较出色。

目前,上海微电子能量产的光刻机是在90nm,其主要在低端光刻机领域发力,在低端领域拿下全球40%的市场份额。而中国有80%的低端光刻机都来自于上海微电子。今年,上海微电子将交付中国首台28nm immersion式光刻机,制程技术进步不小。

以上对比可以看出,中国和日本在光刻机领域已存在不小的差距,而在与全球顶尖供应链厂商ASML相比时,更是难以企及。难怪ASML公司总裁放言,就算把图纸给我们的公司,也永远仿造不出顶级光刻机!这话虽然听着让人非常不爽,但是不得不承认这就是现阶段的现实问题!

如今,在美国霸权限制横行之下,中国已深深明白了光刻机的极端重要性。每个中国人也都心知肚明,只有我们自己真正拥有,才能无所畏惧。在芯片问题亟待解决的今天,加上国家的大力引导,中国人自己的高端光刻机必将更早成为现实。



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