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此前，媒體報(bào)道福建安芯半導(dǎo)體已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)已成功出貨，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到了 70%。在光刻機(jī)高度依賴 ASML 等外商的情況下，福建安芯半導(dǎo)體如果真能實(shí)現(xiàn) 70%國(guó)產(chǎn)化率，那絕對(duì)是大功一件。
鐵流查了一下發(fā)現(xiàn)安芯半導(dǎo)體其實(shí)是做二手光刻機(jī)翻新改造的，因此，這則新聞沒(méi)準(zhǔn)有一定水分，比如這個(gè)出貨的光刻機(jī)到底是前道光刻機(jī)還是后道光刻機(jī)沒(méi)說(shuō)清楚，也沒(méi)說(shuō)清楚這個(gè)光刻機(jī)是用于芯片制造還是用于液晶面板制造。至于 70%國(guó)產(chǎn)化率，新聞稿里也沒(méi)有進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)下，本土光刻機(jī)與 ASML 還是存在很大差距的，這種含糊其辭，略帶些誘導(dǎo)和打雞血的新聞報(bào)道并不可取。
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中外光刻機(jī)差距巨大
光刻機(jī)被稱為人類最精密復(fù)雜的機(jī)器，業(yè)界將其譽(yù)為集成電路產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，研發(fā)的技術(shù)門(mén)檻和資金門(mén)檻非常高。也正是因此，能生產(chǎn)高端光刻機(jī)的廠商非常少，到最先進(jìn)的 5/7nm 光刻機(jī)就只剩下 ASML，日本佳能和尼康已經(jīng)基本放棄 EUV 光刻機(jī)的研發(fā)。
目前，光刻機(jī)領(lǐng)域的龍頭老大是荷蘭 ASML，并已經(jīng)占據(jù)了高達(dá) 80%的市場(chǎng)份額，壟斷了高端光刻機(jī)市場(chǎng)。ASML 最先進(jìn)的 EUV 光刻機(jī)售價(jià)曾高達(dá) 1 億美元一臺(tái)，且全球僅僅 ASML 能夠生產(chǎn)。Intel、臺(tái)積電、三星都曾經(jīng)是它的股東，Intel、三星的高端光刻機(jī)都是買自 ASML，格羅方德、聯(lián)電以及中芯國(guó)際等晶圓廠的光刻機(jī)主要也是來(lái)自 ASML。
相比之下，國(guó)內(nèi)光刻機(jī)廠商則顯得寒酸，國(guó)內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。這不僅使國(guó)內(nèi)晶圓廠要耗費(fèi)巨資購(gòu)買設(shè)備，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和自主技術(shù)的成長(zhǎng)也帶來(lái)很大不利影響——ASML 在向國(guó)內(nèi)晶圓廠出售光刻機(jī)時(shí)有限制性條款。
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光源、物鏡目前還無(wú)法完全擺脫進(jìn)口依賴
光源是光刻機(jī)的核心部件之一。在光刻機(jī)改進(jìn)中，所使用的光源也不斷改進(jìn)發(fā)展：
第一代是 436nm g-line。
第二代是 365nm i-line。
第三代是 248nm KrF。
第四代是 193nm ArF。
最新的是 13.5nm EUV。
目前，在集成電路產(chǎn)業(yè)使用的中高端光刻機(jī)采用的是 193nmArF 光源和 13.5nmEUV 光源。
193nmArF 也被稱為申紫外光源。使用 193nmArF 光源的干法光刻機(jī)，其光刻工藝節(jié)點(diǎn)可達(dá) 45nm，采用浸沒(méi)式光刻、光學(xué)鄰近效應(yīng)矯正等技術(shù)后，其極限光刻工藝節(jié)點(diǎn)可達(dá) 28nm。
浸沒(méi)式光刻是指在物鏡和硅片之間增加一層特殊的液體，由于液體的折射率比空氣的折射率高，因此成像精度更高。因此，也就有了浸沒(méi)式光刻的叫法。
而當(dāng)工藝尺寸縮小到 22nm 時(shí)，則必須采用輔助的兩次圖形曝光技術(shù)。然而使用兩次圖形曝光，會(huì)帶來(lái)兩大問(wèn)題:一個(gè)是光刻加掩模的成本迅速上升，另一個(gè)是工藝的循環(huán)周期延長(zhǎng)。因而，在 22nm 的工藝節(jié)點(diǎn)，光刻機(jī)處于 EUV 與 ArF 兩種光源共存的狀態(tài)。
對(duì)于使用液浸式光刻+多次圖形曝光的 ArF 光刻機(jī)，工藝節(jié)點(diǎn)的極限是 10nm，之后將很難持續(xù)。EUV 光刻機(jī)，則有可能使工藝制程繼續(xù)延伸到 5nm。
局部有亮點(diǎn)
雖然總體差距很大，但在局部，國(guó)內(nèi)還是有亮點(diǎn)的。
在雙工臺(tái)方面，國(guó)內(nèi)取得了突破。過(guò)去，光刻機(jī)只有一個(gè)工作臺(tái)，所有流程都在一個(gè)工作臺(tái)上完成。雙工件臺(tái)系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得光刻機(jī)能夠在不改變初始速度和加速度的條件下，當(dāng)一個(gè)工作臺(tái)在進(jìn)行曝光工作的同時(shí)，另外一個(gè)工作臺(tái)可以同時(shí)進(jìn)行曝光之前的預(yù)對(duì)準(zhǔn)工作，使得光刻機(jī)的生產(chǎn)效率提高大約 35%。ASML 的 TWINSCAN NXE3300B 型光刻機(jī)，分辨率小于 22nm，生產(chǎn)效率可以達(dá)到 125 片 / 小時(shí)。
雖然看起來(lái)僅僅是加一個(gè)工作臺(tái)，但技術(shù)難度卻不容小覷——對(duì)換臺(tái)的速度和精度有非常高的要求，如果換臺(tái)速度慢，則影響光刻機(jī)工作效率；如果換臺(tái)精度不夠，則可能因此而影響了后續(xù)掃描光刻等步驟的正常開(kāi)展。
現(xiàn)今技術(shù)成熟的雙工件臺(tái)系統(tǒng)主要是導(dǎo)軌式，驅(qū)動(dòng)方式主要分為氣浮驅(qū)動(dòng)和磁懸浮驅(qū)動(dòng)。目前，ASML 公司已成功研發(fā)了磁懸浮工件臺(tái)系統(tǒng)，使得系統(tǒng)能夠忽略摩擦系數(shù)和阻尼系數(shù)，其加工速度和精度是機(jī)械式和氣浮式工件臺(tái)所無(wú)法比擬的。
不僅如此，ASML 公司基于磁懸浮工件臺(tái)的基礎(chǔ)，研發(fā)了無(wú)導(dǎo)軌式的平面編碼磁懸浮工件臺(tái)系統(tǒng)，通過(guò)平面編碼器對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行精確定位，進(jìn)一步提升了精度。此前，國(guó)內(nèi)α光刻樣機(jī)的雙工件臺(tái)系統(tǒng)取得突破，采用導(dǎo)軌式磁懸浮系統(tǒng)，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際同類光刻機(jī)雙工件臺(tái)水平。
中國(guó)在激光技術(shù)上頗有成就，國(guó)內(nèi)有的單位用汞燈做光源，還由單位研發(fā)出了獨(dú)一無(wú)二的固態(tài)深紫外光源，但目前，固態(tài)深紫外光源還并未用于光刻機(jī)制造，在光源上還無(wú)法徹底擺脫進(jìn)口。此前，成都光機(jī)所的國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“超分辨光刻裝備研制”通過(guò)驗(yàn)收，SP 光刻機(jī)采用汞燈（365nm i-line）做光源，光刻分辨力達(dá)到 22nm，結(jié)合多重曝光技術(shù)后，可用于制造制程小于 10nm 的芯片。就技術(shù)路線來(lái)說(shuō)，SP 光刻機(jī)另辟蹊徑，沒(méi)有采用國(guó)外主流方案，走出一條自己的路。不過(guò)，SP 光刻機(jī)只能加工小尺寸芯片，只能加工特殊領(lǐng)域芯片，不適合商用，無(wú)法替換 ASML 的光刻機(jī)。
穩(wěn)扎穩(wěn)打 真抓實(shí)干
當(dāng)下，在半導(dǎo)體領(lǐng)域中外差距是比較明顯的，需要較長(zhǎng)的時(shí)間去追趕，媒體和企業(yè)在報(bào)道中應(yīng)當(dāng)說(shuō)真話，不能搞打雞血報(bào)道煽動(dòng)民粹，不能把愛(ài)國(guó)當(dāng)生意做，不能把愛(ài)國(guó)百姓當(dāng)韭菜收割。企業(yè)和媒體不要?jiǎng)虞m“2 年會(huì)戰(zhàn)搞定 5nm 生產(chǎn)線”，或是搞一個(gè)具有誘導(dǎo)性的話術(shù)。還是應(yīng)該求真務(wù)實(shí)，實(shí)事求是，穩(wěn)扎穩(wěn)打，真抓實(shí)干。
