国产光刻机又有了突破,为什么国内晶圆厂还是选择进口光刻机呢?

小夏 科技 更新 2024-01-29

国产光刻机又有了突破,为什么国内晶圆厂还是选择进口光刻机呢?

我们都知道光刻机是芯片制造的基础设备,没有光刻机就无法制造芯片,但这个基础设备长期以来一直由荷兰ASML公司控制。

前段时间终于传来了好消息:上海微电子制造了一台90纳米光刻机,据说三**后就可以制造出28纳米的芯片。 这标志着上海微电子进入中端光刻机市场。

本来是一件很自豪的事情,但现实是,没有一家工厂使用上海微电子的产品,包括中芯国际、华鸿半导体等,都选择了ASML的光刻机。

问题来了:为什么不选择上海微电子?上海微电子的光刻机出了什么问题?

上海微电子.

上海微电子成立于2024年3月7日,公司经营范围包括:半导体设备、泛半导体设备、高端智能装备的研发、设计、制造、销售和技术服务;公司自产产品的出口业务;公司所需机械设备、零配件、原辅材料的进口业务。

为什么选择上海微电子?

众所周知,芯片广泛应用于工业、农业、军事等诸多领域,但芯片制造一直是我国的薄弱环节,主要设备中的光刻机制造工艺长期存在瓶颈。

2024年,光刻技术被科技部和上海市列入国家863计划,上海微电子就是在此背景下联合成立的。

上海微电子的核心业务是尖端半导体和智能器件的研发、设计、制造、销售和技术服务。

当时,国内光刻机行业处于真空状态,缺乏技术、人才、资金和零部件。 与此同时,国外对我们实施了技术封锁。

可以说,上海微电子是在极其困难的环境下诞生的,其发展承担着国家863计划和集成电路设备国产化的重大责任。

上海微电子的光刻机水平如何?

上海微电子生产的光刻机已经达到中档水平,但与ASML的水平还有很大差距。

ASML是全球唯一一家能够批量生产EUV光刻机的公司,在光刻机领域处于领先地位,可以毫不夸张地说,ASML有实力击败其他光刻机企业。

日本的尼康已经研制出一种能够生产14纳米芯片的光刻机,而美国显然有能力做到这一点。

上海微电子研发的90纳米光刻机可以生产28纳米芯片,不错,属于中等水平。

事实上,近十年国产光刻机与欧美的差距并不大,中国的整机制造也没有明显落后。 但是在经历了一个特殊的十年之后,在上个世纪的第一个十年,太多的信念"你买的都是好的",最终导致了明显的落后。

此外,上海微电子在显示光刻、MEMS光刻和功率器件光刻方面也取得了不少成绩,年制造出货量达60套,专利3000多项,依然很不错。

上海微电子与上海微电子的差距在于

就差距而言,首先是光刻机的分辨率,毕竟ASML的EUV光刻机用了135纳米的极紫外光,能够制造3纳米的芯片。

上海微电子的90nm光刻机经过三次光刻后可以生产出28nm芯片,相差四代。

其次,上海微电子的光刻机不够稳定,生产出的晶圆良品率也很低。

最后,兼容性:如果使用ASML的光刻机与其他设备完全兼容,上海微电子的光刻机因为兼容性不够好,不得不回购ASML的设备,导致重复购买。

总体来看,上海微电子在光刻机领域取得了长足的进步,但与承担着国家光刻机研发重担的领头羊ASML仍有巨大差距,但已被拉入实体企业名单,未来充满变数。

荷兰ASML

如果我们按设备制造商划分,光刻机只有两种:一种是ASML,另一种是其他。

在出货量方面:

2024年全球共出货光刻机478台,其中ASML出货309台,占64台6%。

其中高端EUV光刻机出货42台,占比100%;DUV光刻机出货103台,占93台6%;KRF光刻机出货131台,占比75%。

销售额:2024年全球光刻机销售额为1076亿美元,仅ASML就实现了854亿美元,占比79%。

可以看出,在光刻机领域,ASML不仅是出货量最大的公司,而且技术最先进的公司,因此在销售上占据绝对优势,净利润非常正常。

ASML能够实现它前段时间所取得的成绩,依靠一次又一次的努力,一次又一次地做出正确的选择。

ASML原本是飞利浦的子公司,但由于连续多年的亏损而被迫**。 但飞利浦仍然持有50%的股份,幻想着榨取最后一滴血,这反过来又加速了公司亏损的步伐。

最终,飞利浦无法盈利,逐渐失去了最后一批股份。 虽然当时ASML正在亏损,连一杯咖啡都买不起,但至少开始了一段新的旅程。

20世纪80年代,光刻技术在日本被尼康和佳能垄断,尼康占据了高达50%的市场份额,而ASML还是一个没有进入流界的小玩家。

此时,尼康在190nm光刻技术的发展中陷入了技术瓶颈,耗资数十亿美元,仍然未能克服。 这时,台积电的林志明用一句话揭开了这个谜团。

水的折射可以用来改变光源,以获得更窄波长的光,那么为什么一定要散射到空气中呢?"

然而,尼康拒绝了林本剑的提议,甚至威胁要**他。

此时,ASML高管认为林本建的提议非常可行,于是ASML与台积电达成技术协议,共同开发"浸没式光刻"。

一年后,ASML正式宣布发现190nm光刻技术,分辨率首次超过尼康。

次年,ASML再次开发出157nm光刻技术,将尼康甩在身后。

台积电基于沉浸式光刻技术,将芯片制造工艺直接推至32nm,将摩尔定律向前推进了三代。

2024年,ASML开始研发紫外光刻设备。 这是一个大型且技术要求很高的项目。 为确保成功,ASML首先与蔡司和牛津仪器建立了EUV研发联盟,共同开发EUV技术。

然后,他与他的前雇主飞利浦、德国计量研究所、美国 EUVLLC 和弗劳恩霍夫仪器公司合作,确保与 EUV 技术相关的配件**。

与此同时,为了获得研发资金,台积电、三星和英特尔联合注资数十亿欧元。

2024年,EUV系统样机研制成功,这给了ASML希望。

2024年,第一台EUV系统研发成功,生产13凭借5nm的极紫外光,ASML向世界宣布了EUV技术的可行性。

2024年,第一台极紫外光刻机安装在ASML总部,10000平方米的超净实验室配备了一辆公共汽车大小的精密设备。

凭借EUV光刻机,台积电和三星相继超越了7nm、5nm、4nm、3nm的制造工艺,推动了摩尔定律的发展。

ASML已成为全球最大、最有实力的光刻机制造商,甚至是光刻机的代言人。

为什么选择ASML光刻?

如今,ASML光刻技术被世界各地的主要晶圆厂使用,包括台积电、三星、英特尔、UMC、GE-X,甚至中芯国际和华宏半导体。

原因如下:首先是EUV光刻。

EUV光刻使用135纳米的极紫外光,而下一道工序所需的设备是7纳米。

说到EUV光刻机,ASML垄断了一切,是世界上唯一一家没有其他分支的。

据报道,ASML拥有40多台EUV光刻机的年生产能力,其中一半卖给了台积电,其余的被三星和英特尔收购。

就算中芯国际想买,就算多花点钱也买不下去。

因此,EUV光刻机不再是产能问题,而是能否买到的问题。

二是DUV光刻技术。

DUV光刻的光源是波长为193纳米的深紫外光,经等离子水折射,波长降低到132纳米。

英特尔公司创建了一个两组模型,该模型使用DUV光刻技术在多次制造14nm晶圆后。

DUV光刻技术是ARFI技术+浸没系统,这两项技术目前只有ASML和尼康,ASML是首创,技术比较成熟,产能也比较大。

第三,ARF、KRF和I-Line光刻技术。

在这个领域,精度基本在65纳米和90纳米以上。 日本的佳能和中国的上海微电子都有能力做到这一点。

公开资料显示,上海微电子的90nm光刻机主要用于制造电源管理芯片、射频芯片、WiFi芯片、LCD控制芯片、模数混合电路等。

90nm光刻机两次后可制作45nm芯片,三次后可制作28nm芯片。

但是,从工艺的实际利用率来看,次数越多,良品率越低,ASML的光刻机只有两倍,上海微电子能做到三倍即使可以,产量会发生什么变化?

可以看出,工艺在28纳米以下的芯片,因为分辨率不够,不能使用上海微电子的光刻技术。

但奇怪的是,即使是45纳米以上的工艺,国内代工厂也更愿意选择ASML的设备,而不是上海微电子的设备。 为什么?

上海微电子的光刻机不够稳定。

一台光刻机,从零件到组装,再到安装调试,绝不是一蹴而就的,它需要长时间的打磨。

ASML的元器件来自全球知名厂商,而上海微电子由于受控和限制只能使用国产元器件,因此精度非常低。

ASML拥有一支遍布全球的安装团队,仅在中国就有多达1500人,这些团队都经过了广泛的培训和经验。 上海微电子在短时间内跟不上这样的节奏。

综合来看,这些因素意味着上海微电子光刻机的稳定性不足,制造芯片的良品率将大大降低。

上海微电子在生态建设方面也存在不足。

芯片制造不仅需要光刻机,还需要等离子体刻蚀机、离子注入机、反应离子刻蚀系统、单晶炉、晶圆刻蚀机、晶圆减薄机和气相外延炉。

这些设备看似独立,但实际上它们必须协同工作才能完成晶圆制造任务,其中任何一个设备出现问题都可能导致晶圆报废。

ASML的设备应用广泛,合作协调较为密切,在随后的几十年里形成了良好的晶圆制造设备生态。

而上海微电子则不具备这些优势,如果不能实现完美集成,也只能再次购买ASML的光刻机。

总之,分辨率太低,设备不稳定,生态不集成,这些共同导致创业者更喜欢ASML而不是上海微电子。

上海微电子在光刻机领域不断进步,但前路并不平坦,甚至遭到了民族代工企业的冷遇。

事实上,这只是发展道路上的一个小小的挫折,ASML当时也经历过同样的情况。

只要我们努力,努力研发,努力提高产品质量,做好生态融合,成功终将属于我们。

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