光刻机限制，究竟由最先进的极紫外光刻机（EUV）扩展到了深紫外（DUV）。 近日，荷兰政府表示，计划对半导体技术出口实施新的管制，强调限制措施包含ASML制造的一些深紫外（DUV）光刻机。荷兰光刻机巨头阿斯麦（ASML）随后发布声明回应，ASML将需求申请出口答应证才干发运最先进的浸润式DUV系统。 众所周知，早在2019年，ASML就开端中止对中国销售EUV光刻机。“光刻机之痛”，成了我国半导体产业难以逾越的坎儿。
EUV光刻机 源自: ASML官网 01 光刻机的痛，从何而来？ 来自国产化太难了！ 每颗芯片都要经过光刻技术的雕琢，光刻机被誉为“芯片产业皇冠上的明珠”，是晶圆厂里最贵的设备，每一代光刻机都在不时应战人类工业制造才干的极限。 光刻机的原理十分简单，就是相似照相机，用光把图案投射到硅片上。但是完成上有两个难点，一个是如何让图案尽可能的小，另一个是怎样让消费效率最高。 图案要多小呢？ 最新技术是一平方毫米(比芝麻还小)里面有一亿个晶体管。 消费效率要多高呢？ 目前的中心技术是一小时出产近300片12英寸（300毫米）晶圆，每片晶圆上要做出上千个芯片。ASML的先进光刻机7x24小时工作，全年停机时间不超越3%，这意味着一台光刻机每年要连续加工出数亿的芯片。 光刻机一次只能曝光指甲那么大的一点区域，一块直径12英寸的晶圆全部曝光一遍至少要移动好几百次，而每次移动，定位要精确到几十纳米（也就是头发丝直径的几万分之一）。你能够想象光刻机台的移动速度有多快。 让动作精密到令人发指的机器，24小时全年连续稳定工作，是工程学上的庞大应战 。 我们经常看到新闻，说某科研单位完成了多少nm光刻，这时你要了解从实验室刻出两条线到工厂7x24之间，是有大相径庭的。 因而，光刻机的技术决议了集成电路的高度，也正是有了更先进的光刻机，摩尔定律才干不时持续，计算机、手机等电子产品性能才干越来越强、功用越来越丰厚。同时，芯片制造以及背地的光刻机技术也成为了美国对华科技打压的缩影。 大致来看，光刻机分为两类： 1）DUV深紫外线光刻机：DUV技术由日本和荷兰独立展开，能够制备0.13um到28/14/7nm芯片，也就是说能掩盖7nm及以上制程需求，可满足绝大多数需求；价钱为2000-5000万美圆/台不等。 2）EUV极紫外线光刻机：与DUV有着实质的不同，EUV自出生就被美国从资本和技术层面全面掌控，合适7nm到5/4/3nm以下芯片，是5nm及更先进制程芯片的刚需，也是未来光刻技术和先进制程的中心，这也是美国牢牢控制EUV技术的重要缘由。价钱则是1-3亿美圆/台。 目前，全球前道光刻机简直被ASML、尼康、佳能垄断。其中，最先进的EUV光刻机，则由ASML公司完整垄断，且至今未完成量产，2022年估量消费了约50余台，台积电、三星、英特尔等芯片巨头，每年为此抢破了头。 02 ASML：从青铜走上王者之巅 但其实，早在上世纪80年代，ASML还只是飞利浦旗下的一家合资小公司。全司上下算上老板31位员工，只能挤在飞利浦总部旁暂时搭起的板房里办公。在对手的映托下，显得弱小、不幸，又无助。
ASML成立于1984年的愚人节，和联想同岁，是当时正打算大裁员的飞利浦，为了占个坑张望，与ASM International协作成立，飞利浦并没有大手笔押注光刻机，所以那时分的ASML可谓贫穷，而对手尼康，正来回碾压美国对手： 1982年，尼康在硅谷设立尼康精机，开端从美国巨头 GCA 手里夺下英特尔、德州仪器和超威半导体等大客户。 1984年，随同着日本芯片产业的疾速崛起，尼康的市场份额就超越了 30%，与 GCA相提并论。 1986年前后，由于半导体市场不景气，美国大部分光刻机厂商开端先后倒闭，尼康市场份额长期维持50%以上，成为光刻机设备龙头。 在2000年之前的整个16年时间里，光刻机市场差未几都是尼康的后花园，ASML占领的份额不超越10%。 直到一个叫林本坚的华人呈现 ，他当时是台积电研发副总经理。
图源：网络 当时芯片制程停顿到65 纳米，以空气为介质的“干式”微影技术遇到瓶颈，在投入数十亿美圆的研发后，一直无法将光刻光源的193纳米波长缩短到157纳米。为缩短光波长度，大量科学家和简直整个半导体业界都被卷进来，砸进数以十亿计的美金，以及大量人力，提出了多种计划。 但这些计划，要么需求增大投资成本，要么太过超前，以当时的技术难以完成. 林本坚来了个脑筋急转弯：既然157nm难以突破，为什么不退回到技术成熟的193nm，把透镜和硅片之间的介质从空气换成水？由于纯水的折射率比空气高，也就是说，假如镜头和晶圆都泡在水里，分辨率可大大进步！ 这个计划被称做“浸入式光刻技术”，优势也十分明显。 但是，当林本坚拿着这项“沉浸式光刻”计划，跑遍美国、德国、日本等国，游说各家半导体巨头，却都吃了闭门羹。 正如前文所说，光刻机是“定位精准、唯快不破”，这也是ASML的展开理念。遵照这一理念，ASML尽量不思索成本和售价，只需做到最精密和最牢靠。 理念相同的人很容易一拍即合，林本坚终于在ASML听到了协作的声音。 2004年，ASML和台积电共同研发出全球第一台浸润式微影机 ，能够助力芯片制程持续突破到10纳米节点，让业界在震惊之余也刮目相看。台积电顺利突破制程节点，拿下了全球一半的晶圆代工订单。尼康的大客户纷繁倒戈，市场份额被ASML不时吞噬，5年后，ASML曾经占领了70%的市场份额。 ASML一跃翻身，执掌起代工厂的生杀大权，更成为大国博弈之间的关键大招。正如ASML所说，“ 假如我们交不出EUV，摩尔定律就会从此中止 ”。 ASML能从日美大户横行的光刻市场崛起，除了一点运气，还有“穷则思变，变则通，通则达”的必定律起作用。这也是值得我们学习的中央。 03 光刻机产业链上的中国企业 中国在自动化步进式光刻机范畴的起步相对较晚，再加上缺乏人才和技术，与ASML相比有较大差距。但是，经过多年的努力追逐，中国光刻机产业链在一些范畴曾经完成了突破，初步突破国外巨头完整垄断的局面，让中国光刻机产业链具有了追逐国际的基础才干。 在此，芯师爷给大家清点8家在光刻机产业链上取得了一定的突破的中国光刻机企业。 光刻机产业链中游 上海微电子 ——光刻机的整机消费 成立于2002年，是国内光刻设备范畴的龙头企业，主要产品是SSX600系列步进扫描投影光刻机，可满足IC前道制造90nm、110nm、280nm关键层和非关键层的光刻工艺需求。该设备可用于8寸线或12寸线的大范围工业消费。 上海微电子500系列先进封装光刻机产品国内市场占有率达80%以上。固然相比目前占领主流的中高端芯片5nm、7nm以及14nm制造工艺仍存在相当大的距离，但随着国产技术工艺的不时精密成熟，长期来看完成技术的追逐并非不可能。 光刻机产业链上游 华卓精科 ——双工件台方面 依据华卓精科官网显现，其消费的光刻机双工件台，突破了ASML公司在光刻机工件台上的技术上的垄断，成为世界上第二家控制双工件台中心技术的公司。 华卓精科在光刻机双工件台技术上的突破，也为中国自主研发65nm至28nm 双工件干台式及浸没式光刻机奠定了基础，是消费国产光刻机的上海微电子的的光刻机双工件台供给商。树立初衷在于将清华大学在"极大范围集成电路制造配备及成套工艺"国度科技严重专项中积聚的尖端技术落地产业化。 科益虹源 ——光源方面 成立于2016年7月，是在国度鼎力推进科技成果转化的政策下，由中国科学院光电院、中国科学院微电子研讨所、北京亦庄国际投资有限公司、中科院国有资产运营有限公司共同投资创建。 在光源方面，科益虹源公司自主研发设计消费的首台高能准分子激光器，以高质量和低成本的优势，填补中国在准分子激光技术范畴的空白，突破国外厂家对该技术产品长期市场垄断局面，其已完成了6khz、60w主流ArF光刻机光源制造，也是上海微电子的光源制造商。 福晶科技 ——光源方面 成立于2001年，主要从事非线性光学晶体、激光晶体、精密光学元件和激光器件的研发、消费和销售，其产品普遍应用于激光、光通讯、医疗设备、检测剖析仪器等各诸多工业范畴。 该公司消费的KBBF晶体属于激光设备的上游关键零部件，KBBF晶体是目前可直接倍频产生EUV激光的非线性光学晶体，用于建造超高光分辨率光电子能谱仪、光刻技术等前沿范畴。 奥普光学 ——光学镜头方面 奥普光学成立于2016年，是第三批专精特新企业，从事制造光机电一体化产品的高新技术企业，属于专用仪器仪表制造，主要业务为光电测控仪器设备、光学资料和光栅编码器等产品的研发、消费与销售。奥普光电的大股东为中科院长春光机所，其主要担任我国国产光刻机光源、光学部分的研发工作。 在光学镜头方面，奥普光学提供的镜头能够做到90nm，但是与卡尔蔡司、Nikon等公司还有十分大的差距。 芯微源 ——涂胶显影方面 芯源微是国内半导体设备稀缺供给商，自2002年年成立以来深耕涂胶显影设备，曾经在LED芯片制造及集成电路后道先进封装等环节完成进口替代，目前正向前道扩展。 涂胶显影设备后道范畴国内市占率第一，前道产品线完成全面突破。公司是国度02严重专项中独一的涂胶显影设备厂商，后道产品在国内市占率第一，掩盖台积电及大陆主流封测厂。前道产品中，公司offline完成量产并取得上海华力、长江存储、中芯绍兴、士兰集科等晶圆厂订单，I-Line完成小批量产，KrF/ArF在长江存储、中芯绍兴、青岛芯恩等晶圆厂考证过程较为顺利，ArFi研发顺利。全球先进封装涂胶显影设备市场空间大约2亿美圆，前道市场大约40亿美圆 菲利华 ——光罩方面 菲利华成立于1966年，经过50余年的展开，目前已具备消费半导体和光学用大尺寸合成石英资料的才干，是国内唯逐一家能够消费大尺寸光掩膜基板的企业，也是高端光学用高精密光学合成石英资料的供给厂商。 在大规格合成石英资料范畴，公司已处于国内抢先位置，独家研发消费G8 代光掩膜（光罩）基板，目前已推出从G4代到G8代的系列产品，突破了长期以来国外垄断；高端光学合成石英已在多个国度重点项目中运用。 传芯半导体 ——光罩方面 传芯公司是一家努力于半导体级空白掩模版（即掩模基板）的研发和产业化消费的综合型公司，经过引进国内外专业技术及高端人才，集聚多方资源，组建专业团队，完成集成电路产业链中关键原资料和零配件的国产化，填补国内半导体级空白掩模版范畴的空白。 依据国度学问产权官网发布的信息显现，传芯半导体公开了一项专利，名为“曝光成像结构、反射式光掩模版组及投影式光刻机”，该专利可用于EUV光刻，并且能够进步光刻机的分辨率和对比度，简化光刻工艺。 04 |
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