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ASML光刻机或延迟出货?中芯国际:影响不大

2019-11-15 12:17:35 铁流 阅读:
如果美国像干涉中资收购德国爱思强那样搞干涉,或者荷兰政府脊梁骨不够硬,担心“友邦惊诧”,中芯国际的EVU光刻机恐怕是不能按期收货了。

11月7日《日本经济新闻》报道了一则消息,称全世界唯一的高端光刻机生产厂商荷兰ASML公司决定,不再向中国中芯公司出售可用于加工7nm以下芯片的极紫外光刻机(EUV)。之后,中芯国际表示:极紫外光(EUV)还在纸面工作阶段,未进行相关活动。公司先进工艺研发进展顺利。目前,研发与生产的连结一切正常。客户与设备导入正常运作。LsBednc

ASML也公开表态:关于日经新闻有关中芯国际相关报导有误,“延迟出货“仅为其媒体推测,ASML从未评论或确认,对其将推测直接定性为事实作为新闻标题并在文中阐述,表示抗议。ASML表示,对全球客户一视同仁。根据瓦圣纳协议,ASML出口EUV到中国需取得荷兰政府的出口许可(export license)。该出口许可于今年到期,ASML已经于到期前重新进行申请,目前正在等待荷兰政府核准。LsBednc

从中芯国际和ASML的公开表态看,日经新闻的报道有夸大其词的嫌疑,但如果美国像干涉中资收购德国爱思强那样搞干涉,或者荷兰政府脊梁骨不够硬,担心“友邦惊诧”,中芯国际的EVU光刻机恐怕是不能按期收货了。LsBednc

什么是光刻机?

2017年初,一台价值1.06亿元的设备经空运从荷兰飞抵厦门,由于该设备价值高,而且对保存和运输有着很高的要求——必须保持在23℃恒温状态下。为了避免影响设备的精度,在运输中也对稳定性有极高的要求。因此,机场海关以机坪查验的方式对该货物实行全程机边监管,待货物装入特制温控气垫车,移至海关的机坪视频监控探头之下,完成紧急查验后当晚就得到放行。这台获得机场海关如此严阵以待的设备,就是光刻机,从价格来看,这台光刻机并非最先进的EUV,很有可能是采用193nm光源的光刻机。LsBednc

光刻机是芯片制造的核心设备之一,按照用途可以分为好几种:有用于生产芯片的光刻机;有用于封装的光刻机;还有用于LED制造领域的投影光刻机。LsBednc

在芯片制造中,光刻机的作用就是将电路图用激光按比例放缩到硅片上。光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到硅片上,然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图,也就是芯片。LsBednc

一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片,线路图的层数越多,也需要更精密的曝光控制过程。可以说,光刻机是芯片制造中最核心的装备,也是中国半导体设备的最大短板。国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。LsBednc

之前说了,光刻机用途广泛,除了高端大气上档次的前道光刻机之外,还有用于LED制造领域投影光刻机和用于芯片封装的后道光刻机,虽然在前道光刻机上国内厂商和ASML差距如同鸿沟,但后道光刻机和投影光刻机国内厂商不仅都能制造,还占据了不低的市场份额。LsBednc

最新的光刻机是EUV光刻机。EUV还使用反射镜取代了投射镜,还使用了极紫外光源,EU这俩字母就是极紫外的缩写,波长是13.5nm。因为用波长极短,很容易被任何东西吸收,包括空气,所以腔体内是真空系统。ASML研发EUV花了十来年时间,数百亿美元,可知其技术难度。EUV光刻机的售价为1亿美元一台。LsBednc

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光刻机工作原理和组成

通过一系列的光源能量、形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到硅片上,不同光刻机的成像比例不同,有5:1,也有4:1。然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图(即芯片)。LsBednc

一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片,线路图的层数越多,也需要更精密的曝光控制过程。现在最先进的芯片有几十层之多。LsBednc

附一张ASML光刻机的简易工作原理图。LsBednc

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简单介绍一下图中各设备的作用。LsBednc

测量台、曝光台:承载硅片的工作台,也就是本次新闻里说的双工作台。一般的光刻机需要先测量,再曝光,只需一个工作台,而ASML有个专利,有两个工作台,实现测量与曝光同时进行。之前国内“光刻机双工件台系统样机研发”项目则是在技术上突破ASML对双工件台系统的技术垄断。LsBednc

激光器:也就是光源,光刻机核心设备之一,之前已经介绍过了。LsBednc

光束矫正器:矫正光束入射方向,让激光束尽量平行。LsBednc

能量控制器:控制最终照射到硅片上的能量,曝光不足或过足都会严重影响成像质量。LsBednc

光束形状设置:设置光束为圆型、环型等不同形状,不同的光束状态有不同的光学特性。LsBednc

遮光器:在不需要曝光的时候,阻止光束照射到硅片。LsBednc

能量探测器:检测光束最终入射能量是否符合曝光要求,并反馈给能量控制器进行调整。LsBednc

掩模版:一块在内部刻着线路设计图的玻璃板,贵的要数十万美元。LsBednc

掩膜台:承载掩模版运动的设备,运动控制精度是nm级的。LsBednc

物镜:物镜由20多块镜片组成,主要作用是把掩膜版上的电路图按比例缩小,再被激光映射的硅片上,并且物镜还要补偿各种光学误差。技术难度就在于物镜的设计难度大,精度的要求高。LsBednc

硅片:用硅晶制成的圆片。硅片有多种尺寸,尺寸越大,产率越高。题外话,由于硅片是圆的,所以需要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系,根据缺口的形状不同分为两种,分别叫flat、notch。LsBednc

内部封闭框架、减振器:将工作台与外部环境隔离,保持水平,减少外界振动干扰,并维持稳定的温度、压力。LsBednc

中外光刻机差距巨大

光刻机被称为人类最精密复杂的机器,业界将其誉为集成电路产业皇冠上的明珠,研发的技术门槛和资金门槛非常高。也正是因此,能生产高端光刻机的厂商非常少,到最先进的5/7nm光刻机就只剩下ASML,日本佳能和尼康已经基本放弃EUV光刻机的研发。LsBednc

目前,光刻机领域的龙头老大是荷兰ASML,并已经占据了高达80%的市场份额,垄断了高端光刻机市场。ASML最先进的EUV光刻机售价曾高达1亿美元一台,且全球仅仅ASML能够生产。Intel、台积电、三星都曾经是它的股东,Intel、三星的高端光刻机都是买自ASML,格罗方德、联电以及中芯国际等晶圆厂的光刻机主要也是来自ASML。LsBednc

相比之下,国内光刻机厂商则显得寒酸,处于技术领先的上海微电子装备有限公司已量产的光刻机中性能最好的是90nm光刻机......国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。这不仅使国内晶圆厂要耗费巨资购买设备,对产业发展和自主技术的成长也带来很大不利影响——ASML在向国内晶圆厂出售光刻机时有限制性条款。LsBednc

虽然总体差距很大,但在局部,国内还是有亮点的。LsBednc

在双工台方面,国内取得了突破。过去,光刻机只有一个工作台,所有流程都在一个工作台上完成。双工件台系统的出现,使得光刻机能够在不改变初始速度和加速度的条件下,当一个工作台在进行曝光工作的同时,另外一个工作台可以同时进行曝光之前的预对准工作,使得光刻机的生产效率提高大约 35%。ASML 的 TWINSCAN NXE3300B 型光刻机,分辨率小于 22nm,生产效率可以达到 125片/小时。LsBednc

虽然看起来仅仅是加一个工作台,但技术难度却不容小觑——对换台的速度和精度有非常高的要求,如果换台速度慢,则影响光刻机工作效率;如果换台精度不够,则可能因此而影响了后续扫描光刻等步骤的正常开展。LsBednc

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