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DUV光刻机”断供“危机暂时解除,国产28nm光刻机何时才实锤落地?

2022-10-20 17:41:25 夏菲 阅读:
ASML总裁兼首席执行官Peter Wennink表示:“虽然每个细分市场的需求动态存在分化,但我们整体的客户需求依然强劲。”此外,ASML称正在继续评估和关注美国新颁布的出口管制条例,初步评估认为,新的限制并未修订ASML从荷兰运出光刻设备的规则,我们预计其对ASML 2023年整体出货计划的直接影响有限。ASML 也表示讲继续向中国客户销售其 DUV 工具。

ASML 周三公布了创纪录的收入和利润,尽管个人电脑和智能手机销售放缓,但对芯片生产设备的需求创下纪录,2022年第三季度,ASML实现了净销售额58亿欧元,毛利率为51.8%,净利润达17亿欧元。今年第三季度新增订单金额创历史新高,达到89亿欧元,销售了80台新的光刻系统和6台二手光刻机,包括12台EUV设备(与第二季度一致)和74台DUV机器(少于第二季度的79台)。kUIednc

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在日前EDN发布的“ASML发布2022年第三季度财报:净销售额58亿欧元” 一文中写道,ASML总裁兼首席执行官Peter Wennink表示:“虽然每个细分市场的需求动态存在分化,但我们整体的客户需求依然强劲。”此外,ASML称正在继续评估和关注美国新颁布的出口管制条例,初步评估认为,新的限制并未修订ASML从荷兰运出光刻设备的规则,我们预计其对ASML 2023年整体出货计划的直接影响有限。ASML 也表示讲继续向中国客户销售其 DUV 工具。kUIednc

ASML的首席财务官罗杰·达森说,ASML总部位于荷兰,在其DUV工具中并未使用很多在美国设计或生产的零部件,因此即使不是全部,它也可以将大部分DUV工具运往中芯国际、华宏和长江存储等中国大陆公司。kUIednc

不过ASML 目前依然无法将 EUV 光刻机运送给其中国客户,现在也无法将它们运送到中国,因为他们使用的是在美国设计和生产的 Cymer 光源。kUIednc

换而言之,此前业界担心的“美国施压荷兰政府,将对华禁售的阿斯麦光刻机从最先进的极紫外光刻机(EUV)扩展至相对成熟的DUV(ArFi)深紫外光刻机(DUV)”,可以暂时解除了。kUIednc

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此外,ASML 称截至今天,其积压订单超过 380 亿美元(高于第二季度的 330 亿美元),其中包括 600 多台 DUV 光刻机和 100 多台 EUV光刻机。kUIednc

DUV光刻机与EUV光刻机

光刻技术的开发本质就是围绕光的波长进行的。光刻技术是利用光学复制的方法把超小图样刻印到半导体薄片上来制作复杂电路的技术,所以光的应用是整个刻划技术的关键。而光也有很多种,按光的波长来划分有可见光、红外光、激光、紫外光、X光等。kUIednc

自20世纪50年代以来,光刻技术经历了紫外全谱(可见光)、g 线、深紫外(DUV)、极紫外(EUV),等几个阶段,最新的则是ASML 的High-Na级EUV。kUIednc

DUV光刻机与EUV光刻机的主要区别在于波长。因为不同光源的光刻机都有自己的分辨率极限,而且光刻机对芯片的制造非常重要。光刻每提升一个阶段,光源的波长就下降一个档次,刻出的集成电路图形也更精细,同样硅片上容纳的晶体管就更多,性能会更强。kUIednc

所有的DUV光刻机,用的光源都是193nm波长的ArF excimer laser,之前的一代DUV,用的光源是248nm波长的KrF excimer laser。另外,EUV光刻机的光源,是13.3nm的laser pulsed tin plasma。kUIednc

DUV是deep ultra violet (深紫外光)的缩写,人的肉眼,可见光的波长大约是400-700nm,红光波长紫光波短,波长比红光波更长的是红外光(Infrared),波长比紫光更短的是紫外光 (ultra-vilolet),显然无论是248nm波长的KrF还是193nm的ArF,光波长度都低于紫光,都在紫外范畴,至于13.3nm的波长,那是紫外光波长范围继续细分,称之为极紫外光 ,英文extreme ultra violet,这也是EUV的由来。kUIednc

一般来讲,DUV基本上只能做到25nm,Intel凭借双工作台的模式做到了10nm,但是却无法达到10nm以下。只有EUV能满足10nm以下的晶圆制造,并且还可以向5nm、3nm继续延伸。事实上EUV光刻机的出现,确实是帮助业界突破7nm制程的一个关键。kUIednc

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光波长和能光刻出的最小尺寸的关系公式kUIednc

目前尼康和ASML的DUV光刻机可以实现的晶体管特征线宽不低于10nm。但是想要实现晶体管特征线宽达到7nm那么就只有ASML的EUV光刻机了。kUIednc

国产DUV光刻机、EUV光刻机何时来?

最后还是老生常谈的问题,只有将核心设备掌握在自己手里,才不怕被“卡脖子”,那么国产DUV光刻机何时来?kUIednc

事实上我国的光刻技术起步并不晚,上个世纪60年代我国的中科院就研究出了65接触式的光刻机。kUIednc

  • 1978年,中科院半导体所开始研制半自动接近式光刻机。
  • 1990年,由中科院光电所承担的直接分步重复投影光刻机样机研制成功。
  • 1996年,中科院成都光电所研制的0.8-1微米分步重复投影光刻机通过验收……

所以,国内的光刻机技术从未停止研发,我们也有自主技术的光刻机与海外差距没有如今那么大, 只是后来由于海外光刻机企业的日渐强大,以及当时发展芯片产业时机未到,国产的光刻机产业链逐渐凋零,如今经过近十年时间的努力,国内光刻机产业链还是有望再度打通的。kUIednc

为了支持光刻机技术研发,我国甚至设立了02专项,01专项就是著名的“核高基”。kUIednc

中国科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”,启动于美国深陷经济危机、中国因北京奥运会呈现出盛世景象的2008年,此前2006年半导体芯片已经超越石油成为中国第一大进口商品。因在同期启动的16个重大专项中排序第二,该项目又被称之为“02专项”或“02重大专项”。与其同期启动的16个重大专项包括载人航天工程、探月工程、北斗卫星导航系统、大飞机专项、新一代宽带无线移动通信网专项即第五代移动通信网络5G等,由此可见02专项的分量,美国近年来在半导体芯片领域对中国的“卡脖子”也显示出“02专项”的先见之明。kUIednc

据中国方正证券的一份研究报告披露,“在02专项光刻机项目二期中,设定的时间为2020年12月验收193纳米ArF浸入式DUV光刻机,其制程工艺为28纳米”,即网络上流传的28纳米光刻机(这个说法当然不准确)。已经延迟到现在了。kUIednc

早在2020年就有消息称上海微电子的国产DUV光刻机SSA800即将在2021年下线,后来又有传闻上海某地政府称将在2022年交付。此外,还有外媒称上海微电子将会推出一台28nm工艺DUV国产光刻机:“中国国产28nm DUV光刻机计划在今年年底前从上海微电子(SMEE)生产出来。” 最后还提到这台光刻机设备不仅仅可以生产28nm工艺芯片,同时还可以生产制造20nm工艺得到5G芯片。kUIednc

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但以上消息目前仍未有进一步验证。 数据显示,上海微电子在2018年的光刻机出货量大概在50台到60台之间,另外,该公司在中国大陆所占据的市场份额也已经超过80%。上海微电子是在国家科技部和上海市政府共同推动下,由国内多家企业集团和投资公司共同投资组建的高科技企业。主要从事半导体装备、泛半导体装备以及高端智能装备的设计制造销售,其中光刻设备是公司的主营业务。kUIednc

除了上海微电子,中国电科和长春光机所也接到研发光刻机的任务。上海微电,中国电科都是在突破DUV光刻机,而长春光机所是EUV光刻机。kUIednc

具体的02专项中国产28纳米光刻机的研发分工情况:kUIednc

上海微电子负责光刻机设计和总体集成,北京科益虹源提供光源系统,北京国望光学提供物镜系统,长春国科精密提供曝光光学系统,北京华卓精科提供双工件台,浙江启尔机电提供浸液系统。kUIednc

国产光刻机研发进度

知乎网友@狗头祭酒 分享了以上各系统的研发进度:kUIednc

1.北京科益虹源:此前交付了40w 4kHz ArF光源的样机应用于上海微电子90纳米光刻机,但主流DUVArF浸没式光刻机一般需要60w 6kHz等级的光源,据说已经研究成功,成为中国第一、世界第三能够量产193纳米ArF准分子激光器的企业。目前,华为全资子公司哈勃投资已经入股了。kUIednc

2.长春国科精密:2018年通过了面向90nm节点的NA 0.75级投影光刻曝光光学系统验收,目前正向28纳米节点的光学系统攻关,当时预计2021年可以取得突破,现在也没有什么最新消息。此外,哈尔滨工业大学已经研制出12瓦DPP-EUV光源,长春光机基于哈工大的光源继续研究EUV曝光机,但距离EUV的250瓦光源仍有很长的路要走。kUIednc

3.北京国望光学:目前已经收购长春国科精密,事实上国望光学核心研发团队就全部来自于国科精密,国科精密则源于中科院长春光学精密机械与物理研究所、上海光学精密机械研究所为承担02专项“曝光光学系统”组建的研究团队,长春光机所负责物镜系统,上海光机所负责照明系统。现在中科院、上海光机所和长春国科精密一起合作研发,进度未知。kUIednc

4.北京华卓精科:2016年清华团队通过中国科技部02专项办公室验收,已经开始实施双工件台的产业化,据称干式和浸没式的样机都已经出货(这点存疑,据北京华卓精科2021年7月招股说明书中表明,浸没式仍在研发中),成为仅次于ASML全球第二个掌握该技术的公司。kUIednc

5.启尔机电:2019年12月,启尔机电浸液系统产品研制与能力建设通过02专项CDR里程碑评审,成为继ASML、尼康后全球第三家掌握这一技术的公司。研发和试生产基地也建设好了。kUIednc

综上,目前来看,28 nm节点是193nm ArF 激光干法光刻+double patterning所能达到的最好水平了!哪怕做不出湿法,理论上用干法也是可以实现的,各个系统在应该都已具备,至于上海微电子何时能拿出来整机,只能等待时间了。kUIednc

责编:Demi
夏菲
电子技术设计(EDN China)助理产业分析师
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