中国光刻机和世界水平差距

根据9月14号消息,上海企业(上海微电子)已经突破90nm光刻机和5nm刻蚀机技术,标志着国产制造的进一步提升。

中国光刻机和世界水平差距

那么90nm光刻机意味着什么呢?它能够制造7nm、5nm芯片吗?它与ASML的EUV光刻机又有多少差距呢?

今天为您一一揭晓谜题。

简单科普一下光刻机

中国光刻机和世界水平差距

光刻机是什么呢?

——一种制造芯片的关键设备,它可以将电路结构临时”复制”到涂有光刻胶的硅片上。

光刻机的原理是什么?

——就像冲洗照片,不同的是洗照片是把底片放大,而光刻是把底片缩小。

制造高端芯片难吗?

——很难,就像在一粒大米上雕刻清明上河图,而这粒大米还在时速100迈的汽车上,而雕刻设备在另一辆时速10迈的汽车上。

原子弹和光刻机哪个更难?

——世界上有多个国家可以独立制造原子弹,而顶级的EUV光刻机只有荷兰ASML能够制造,并且还是集成了全世界多个国家的技术。

总的来说:如果半导体是人类工业史上的一顶皇冠,那么光刻机就是这顶皇冠上的明珠。

对于这种夸张的描述,个人不做否认。但是并不是所有的光刻机都是皇冠上的明珠。

光刻机根据应用范围分为:前道光刻机、后道光刻机、LED光刻机和面板光刻机。我们常说的7nm、5nm芯片都是用前道光刻机制造的。

前道光刻机市场主要有三家:ASML、尼康、佳能。工艺上,ASML>尼康>佳能。

中国光刻机和世界水平差距

ASML的EUV光刻机已经可以制造14nm以下工艺的芯片,而尼康和佳能的DUV光刻机只能制造28nm制程的芯片。

因此,目前主流手机芯片,如:高通骁龙、苹果A系列、联发科天玑等都使用了ASML的EUV光刻机。

台积电、三星、英特尔号称芯片制造三巨头,如果没有ASML的光刻机,它们也全部歇菜。

2021年,全球光刻机市场份额为1076亿,ASM一家就达到了854亿,占比79%。中端市场(DUV光刻机)出货103台,占据93.6%的市场份额,高端的EUV光刻机直接垄断。

上海微电子90nm光刻机能制造多少nm的芯片

中国光刻机和世界水平差距

很多网友认为90nm光刻机只能制造90nm制程的芯片,而7nm芯片只能使用7nm光刻机,还有一些网友持不同观点,一台光刻机就能够制造所有制程的芯片,只需调一下参数,那么事实如何呢?

事实证明,90nm光刻机经过两次曝光,可以制成45nm的芯片,三次曝光后可以制成22nm的芯片。

但是曝光次数越多,芯片的良品率就越低,漏电率越高,所以大都用来制造28nm芯片。

再看ASML,EUV光刻机达到了13.5nm,三次曝光后可以制造3nm制程的芯片,领先上海微电子4代。

这样巨大的差距追赶起来难度是可想而知的。

90nm光刻机从研制成功到量产,打磨了整整11年。

早在2007年,上海微电子就研制成功了90nm光刻机,但是直到2018年才量产成功,中间这11年经历了什么?

中国光刻机和世界水平差距

据悉当时的90nm光刻机采用了德国蔡司的镜片,数值孔径为0.93NA,分辨率为90nm,但随后在“特殊待遇”下,我们拿不到蔡司的镜片,必须自主研发。

光刻机所需的镜片要求极为严格,以EUV光刻机为例,

它对镜片的集中度要求:拿个手电照到月球光斑不超过一枚硬币大小;

平整度要求:长30cm起伏不到0.3nm,这相当于从北京到上海的铁轨起伏不超过1毫米。

如此苛刻的要求是因为EUV光刻机中的镜片加起来超过了1吨,几百片镜片累计产生的误差是十分可怕的,一个细小的误差就会造成整批芯片的报废。

中国光刻机和世界水平差距

最关键的是这些镜片全都是标准非球的加工,无法纯机械打磨,必须手工与机械配合。这对技工的要求是极高的,蔡司的“金手指”团队也只有20多人,国内更是稀缺。

据悉,蔡司的“金手指”在镜片打磨的岗位上一干就是几十年,甚至有的还是子承父业,他们心无旁骛地只做这一种工作,最重要的是他们认为这是一种荣耀,做不好就会丢家人们的脸。

国内技工缺的就是这样的工匠精神,只能从零开始,11年后,也就是2018年,长春国科精密光学终于研发成功了数值孔径0.75NA,分辨率为90nm的镜片,纯国产90NM光刻机正式量产。

2021年,市场传出上海微电子研制成功28nm光刻机,经过三次曝光后可以制造7nm工艺的芯片,这绝对是重大进步。但这则消息没有得到上海微电子的确认。

国产光刻机仍在进步,但是距离13.5nm的EUV光刻机,量产3nm芯片的路还很长。

ASML的EUV光刻机有多难造

中国光刻机和世界水平差距

得芯片者得天下,得光刻机者得芯片。其中EUV光刻机则是重中之重。

EUV光刻机涉及数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别等众多学科。

零部件就超过10万个,线缆长达十几公里,其中不乏镜片、光源、光束矫正器、能量控制器、掩膜台等精密组件。

除了镜片光源几乎是最大的难题了。

中国光刻机和世界水平差距

EUV光刻机采用了波长为13.5nm的极紫外光,这种光就像一把锋利的刀,对晶圆进行刻蚀。

第一步:

将CO2激光脉冲放大成30KW的激光束,频率达到5万次/秒左右,这种激光也被称为“种子光”。

种子光呈红色,温度高达22万摄氏度,是太阳表面温度的几十倍,并且拥有两束。关键是这两束“种子光”必须要有相同的光学特性。

第二步:

利用种子光轰击下落的锡珠,第一束种子光将锡珠轰成正确的形状,第二束穿过锡珠形成一个发光的等离子体,发射出波长为 13.5 nm 的 极紫外光。

它的难点在于时间的掌控,过早则无法形成规则的锡珠,产生不合格的极紫外光。过晚,第二束激光就无法击中锡珠,也就无法产生极紫外光。

第三步:

产生的极紫外光需要聚焦后,再穿过透镜照射在掩膜板上,然后再照射的晶圆上进行光刻。

这一步对镜片的要求极为苛刻,一旦出现丝毫误差,就无法将极紫外光聚集在一起,形成有效的光源。

中国光刻机和世界水平差距

能够做出这一独特光源系统的公司只有一家,通快半导体制造激光系统公司,其拥有500多名员工,专门从事EUV激光器研发。

但是仅凭它自己还是无法做到,需要美国的Cymer公司通力合作。之后Cymer被ASML收购。ASML成为了拥有该项技术的公司。

EUV设备制造完成后,安装调试工作也是极其繁杂的。

单台EUV设备里超过十万个零件、4万个螺栓,以及3000多条线路。仅仅软管加起来,就有两公里长,这么一台庞大的设备,重量足足有180吨。安装调试就需要几个月。

没有专业的团队,系统的培训,根本无法完成这项工作。

即便如此,ASML也只拥有10%的核心技术,其余配件中精密镜头来自德国蔡司、特殊材料来自日本,轴承和阀件来自瑞典和法国。

总之,EUV光刻机是世界科技的集大成者,某一个国家单独完成这项工作被称为“不可能”,

难怪ASML高管直言就算给你们图纸,也造不出来高端光刻机来。

国产光刻机的突围

中国光刻机和世界水平差距

除了上海微电子外,其他国内企业、研发机构也纷纷布局光刻机领域,并且有了部分成果。

2018年8月,清华大学朱煜教授带领的团队成功研发出了双工作台光刻机,中国已经成为全球第二个掌握双工作台的国家。

中科院也加大了研发力度,旗下光电所研制出“超分辨光刻装备”,采用365nm波长的紫外光单次曝光就实现了22nm的分辨率,多次曝光后可以达到7nm。

武汉光电所采用激光衍射,成功刻出了9nm线宽的线段,实现了从超分辨成像到超衍射极限光刻制造的重大创新。

合肥芯硕半导体、无锡影速,也实现了200nm光刻机的量产,并且积极布局下一代制程。

中微公司带头破冰5nm刻蚀机,在全球刻蚀机产业中,中微公司的实力已位居一线,甚至将5nm刻蚀机打入了台积电的供应链。

中国企业、科研机构在不断地突围,光刻机的难题正在一个一个的被攻克,半导体产业链也开始逐步完善。

中国的光刻机在突围,中国的芯片产业链在合围。

中国光刻机和世界水平差距

一旦EUV光刻机突围,那么中国的芯片产业链也将实现完美的合围。

在芯片设计领域,EDA软件一直高不可攀,而国内企业华大九天一直聚焦于EDA软件的开发及服务,目前已经完成了28nm的设计软件。

芯片设计领域的华为海思是行业翘楚,手机端的麒麟芯片、5G巴龙基带芯片、AI端的昇腾芯片、服务器端的鲲鹏芯片、网络端的凌霄芯片,都很受市场欢迎。

而被誉为海思的“接棒者”紫光展锐发展迅速,已经成为目前国内唯一能设计出5G芯片并通用出货的厂商,研发能力达到了6nm水准。

国产CPU指的应该是兆芯,这家国产CPU公司掌握领先的自研实力,在通用CPU有不错的性能表现。

新昇半导体已经突破12英寸的硅片的制造技术,硅片这类的原材料已经不是问题。

中国光刻机和世界水平差距

制造端的中芯国际已经具备14nm芯片量产的技术,7nm、5nm已经研发完毕,只待EUV光刻机。

封测领域的长电科技已经成为全球前三的封装测试服务商,产品和技术涵盖了网络通讯、移动终端、高性能计算、车载电子、大数据存储、人工智能与物联网、工业智造等领域。

IDM模式中,长江存储就是最好的例子,公司专注于3D NAND闪存设计制造一体化,产品包括闪存、嵌入式存储、企业级硬盘等等,广泛应用于消费电子、移动通信、服务器及数据中心。凭借过硬的实力进入了苹果供应商名单。

可以看出,国内半导体企业遍地开花,28nm以上制程的芯片可以实现独立自主,而高端芯片也正在形成全产业链的合围。

写到最后

90nm光刻机被攻克,这只是芯片国产化进程的一个缩影。

实际上无论是芯片本身,还是芯片设计、制造设备,国产化一直在推进。或许会迟到,但绝不会缺席!

“合则两利,斗则俱损”!希望某些“人”能及早明白这个道理。

原创文章作者:梦见自己住在工棚里,如若转载,请注明来自百香果号:https://bxg.huangjinbaixiangguo.com/article/211150.html

(0)
打赏 微信扫一扫 微信扫一扫 支付宝扫一扫 支付宝扫一扫
梦见自己住在工棚里的头像梦见自己住在工棚里
上一篇 2022年11月6日
下一篇 2022年11月6日

网友常看推荐

  • 养殖什么不愁销路

    现在养殖业的发展挺好的,很多人想要创业赚钱,但是又害怕有风险,的确作为新手想要创业发展养殖业的话,一定要选择好合适的项目才行。那么,用5-6万投资养殖的话,养什么比较有“钱”景,也…

    2022年5月18日
    04280
  • 酷开电视是创维品牌吗

    创维酷开是由深圳创维-RGB电子有限公司出资成立的高新技术企业。 创维酷开是创维旗下的互联网电视品牌,可以说酷开属于创维,但创维不属于酷开。 但是现在两者已经独立运营了,不过发展的…

    2022年8月22日
    01.1K0
  • 为什么没人支持贵人鸟

    衣食住行是人们日常生活中必不可少的几大要素,而且随着人们经济条件的改善,对于衣食住行的要求可能也越来越高。在穿着方面,除了最基本的衣服,裤子之外,鞋子的风格、质量等也越来越能够受到…

    2022年12月13日
    02960
  • 养蝎子能赚钱吗

    首先,养蝎子能赚钱,是指在掌握养蝎技术的前提下才能赚钱。其实不止是养蝎子,所有的养殖行业都是靠技术来赚钱。 蝎子养殖是特种养殖里面一个热门的行业,近几年随着人们对蝎子野生资源的大量…

    2022年8月11日
    05410
  • 沙金为什么不掉色还便宜呢

    一、沙金项链1.沙金项链,这样项链一般市场上地没有的,名称为沙金的项链其实是仿金的饰品。主要是由铜、锌、铅、铝等金属混合制作而成,是根本不含黄金的,售价也是非常低廉,很多买者经常容…

    2022年4月17日
    07.7K0
  • 莆田鞋和正品的区别

    1、最大的区别就是脚感,正品的脚感肯定要比莆田的脚感好,人家那么多年的技术积累的花那么多钱投入的研发不能小看。2、价格的区别,正品两三千,还有些四五千等等上万的,莆田大几百就买个高…

    2022年8月6日
    01.1K0
  • 电视打不开是什么原因(电视机开不了机是什么原因)

    电视打不开怎么回事,解决步骤 分析电视故障的原因。 电视无法打开的原因有很多,比如主板和CPU电路的异常。 遥控器没有电源或损坏。 电视开关变压器没有电压输出。 高压板。Y板和缓冲…

    2022年10月12日
    03400
  • 中国古代三大商帮

    中国古代,是传统农业社会,有着根深蒂固的“重农轻商”传统。然而,几千年以来,商业依然保持着比较旺盛的生命力,从未真正消失过。由于国家没有制定明确的法律条文,来保护商业从业人员的权益…

    2023年3月7日
    03160
  • 自驾游什么车最合适推荐(自驾游开什么车最好)

    物质上的日渐富足,提升了人们的娱乐精神,自驾游这种健康、悠闲的娱乐方式在朋友圈出现的频率越来越高,相信很多朋友也是心生向往,想要尝试一番。想去自驾游,得先有辆车,那么什么车适合自驾…

    2022年4月11日
    04880
  • 十万元存入银行定期一年利息有多少

    根据2020年各大银行的一年定期存款利率来计算,10万元一年定期利息在1500元~2835元之间,存不同银行有不同的存款利息。 10万元按照央行基准利率 根据央行的最新基准利率,一…

    2022年8月22日
    05.1K0

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注