此前，媒體報道福建安芯半導(dǎo)體已實現(xiàn)國產(chǎn)光刻機已成功出貨，國產(chǎn)化率達到了70%。在光刻機高度依賴ASML等外商的情況下，福建安芯半導(dǎo)體如果真能實現(xiàn)70%國產(chǎn)化率，那絕對是大功一件。
鐵流查了一下發(fā)現(xiàn)安芯半導(dǎo)體其實是做二手光刻機翻新改造的，因此，這則新聞沒準有一定水分，比如這個出貨的光刻機到底是前道光刻機還是后道光刻機沒說清楚，也沒說清楚這個光刻機是用于芯片制造還是用于液晶面板制造。至于70%國產(chǎn)化率，新聞稿里也沒有進一步說明。當(dāng)下，本土光刻機與ASML還是存在很大差距的，這種含糊其辭，略帶些誘導(dǎo)和打雞血的新聞報道并不可取。
中外光刻機差距巨大
光刻機被稱為人類最精密復(fù)雜的機器，業(yè)界將其譽為集成電路產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，研發(fā)的技術(shù)門檻和資金門檻非常高。也正是因此，能生產(chǎn)高端光刻機的廠商非常少，到最先進的5/7nm光刻機就只剩下ASML，日本佳能和尼康已經(jīng)基本放棄EUV光刻機的研發(fā)。
目前，光刻機領(lǐng)域的龍頭老大是荷蘭ASML，并已經(jīng)占據(jù)了高達80%的市場份額，壟斷了高端光刻機市場。ASML最先進的EUV光刻機售價曾高達1億美元一臺，且全球僅僅ASML能夠生產(chǎn)。Intel、臺積電、三星都曾經(jīng)是它的股東，Intel、三星的高端光刻機都是買自ASML，格羅方德、聯(lián)電以及中芯國際等晶圓廠的光刻機主要也是來自ASML。
相比之下，國內(nèi)光刻機廠商則顯得寒酸，國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口。這不僅使國內(nèi)晶圓廠要耗費巨資購買設(shè)備，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展和自主技術(shù)的成長也帶來很大不利影響——ASML在向國內(nèi)晶圓廠出售光刻機時有限制性條款。
光源、物鏡目前還無法完全擺脫進口依賴
光源是光刻機的核心部件之一。在光刻機改進中，所使用的光源也不斷改進發(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，其光刻工藝節(jié)點可達45nm，采用浸沒式光刻、光學(xué)鄰近效應(yīng)矯正等技術(shù)后，其極限光刻工藝節(jié)點可達28nm。
浸沒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，也就有了浸沒式光刻的叫法。
而當(dāng)工藝尺寸縮小到22nm時，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，會帶來兩大問題:一個是光刻加掩模的成本迅速上升，另一個是工藝的循環(huán)周期延長。因而，在22nm的工藝節(jié)點，光刻機處于EUV與ArF兩種光源共存的狀態(tài)。
對于使用液浸式光刻+多次圖形曝光的ArF光刻機，工藝節(jié)點的極限是10nm，之后將很難持續(xù)。EUV光刻機，則有可能使工藝制程繼續(xù)延伸到5nm。
局部有亮點
雖然總體差距很大，但在局部，國內(nèi)還是有亮點的。
在雙工臺方面，國內(nèi)取得了突破。過去，光刻機只有一個工作臺，所有流程都在一個工作臺上完成。雙工件臺系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得光刻機能夠在不改變初始速度和加速度的條件下，當(dāng)一個工作臺在進行曝光工作的同時，另外一個工作臺可以同時進行曝光之前的預(yù)對準工作，使得光刻機的生產(chǎn)效率提高大約 35%。ASML 的 TWINSCAN NXE3300B 型光刻機，分辨率小于 22nm，生產(chǎn)效率可以達到 125片/小時。
雖然看起來僅僅是加一個工作臺，但技術(shù)難度卻不容小覷——對換臺的速度和精度有非常高的要求，如果換臺速度慢，則影響光刻機工作效率;如果換臺精度不夠，則可能因此而影響了后續(xù)掃描光刻等步驟的正常開展。
現(xiàn)今技術(shù)成熟的雙工件臺系統(tǒng)主要是導(dǎo)軌式，驅(qū)動方式主要分為氣浮驅(qū)動和磁懸浮驅(qū)動。目前，ASML公司已成功研發(fā)了磁懸浮工件臺系統(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械式和氣浮式工件臺所無法比擬的。
不僅如此，ASML 公司基于磁懸浮工件臺的基礎(chǔ)，研發(fā)了無導(dǎo)軌式的平面編碼磁懸浮工件臺系統(tǒng)，通過平面編碼器對工作臺進行精確定位，進一步提升了精度。此前，國內(nèi)α光刻樣機的雙工件臺系統(tǒng)取得突破，采用導(dǎo)軌式磁懸浮系統(tǒng)，關(guān)鍵技術(shù)指標已達到國際同類光刻機雙工件臺水平。
中國在激光技術(shù)上頗有成就，國內(nèi)有的單位用汞燈做光源，還由單位研發(fā)出了獨一無二的固態(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制造，在光源上還無法徹底擺脫進口。此前，成都光機所的國家重大科研裝備研制項目“超分辨光刻裝備研制”通過驗收，SP光刻機采用汞燈(365nm i-line)做光源，光刻分辨力達到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)路線來說，SP光刻機另辟蹊徑，沒有采用國外主流方案，走出一條自己的路。不過，SP光刻機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，無法替換ASML的光刻機。
穩(wěn)扎穩(wěn)打 真抓實干
當(dāng)下，在半導(dǎo)體領(lǐng)域中外差距是比較明顯的，需要較長的時間去追趕，媒體和企業(yè)在報道中應(yīng)當(dāng)說真話，不能搞打雞血報道煽動民粹，不能把愛國當(dāng)生意做，不能把愛國百姓當(dāng)韭菜收割。企業(yè)和媒體不要動輒“2年會戰(zhàn)搞定5nm生產(chǎn)線”，或是搞一個具有誘導(dǎo)性的話術(shù)。還是應(yīng)該求真務(wù)實，實事求是，穩(wěn)扎穩(wěn)打，真抓實干。
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