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中芯賭上1.2億美元搶下最先進光刻機 解碼世界最貴精密儀器

2018-05-25   來源：   評論：0
摘要：近期中國半導體產業(yè)有個非比尋常的突破，來自于中芯國際、紫光集團長江存儲、華虹集團華力微電子均獲得荷蘭設備大廠 ASML 光刻機支援，這三家大廠分屬于 14 10 納米技術、3D NAND 技術，以及主攻 28 納米開發(fā)，同步獲得高端光刻機。
來源：先進制造業(yè)公眾號（ID：amdaily），轉載請注明
　　ASML 光刻機ASML 光刻機身為中國半導體“國家隊”的中芯國際，在前臺積電、三星首席技術官梁孟松出任聯(lián)席 CEO 后，提出 2019 年要量產 14 納米 FinFET 的時程表，然供應鏈透露，10 納米也計劃力拼在同年推出，以此來看，看似低調的中芯，其實早已開始密謀規(guī)劃在 2019 年連續(xù)發(fā)射 14 / 10 納米兩枚高端技術的巨型飛彈，要把與臺積電、三星之間的工藝距離縮短至 1~1.5 個世代，屆時，禁錮多年的國內高端技術將全面破繭而出。
　　ASML 光刻機到位，象征國內半導體技術進入全新階段
　　近期中國半導體產業(yè)有個非比尋常的突破，來自于中芯國際、紫光集團長江存儲、華虹集團華力微電子均獲得荷蘭設備大廠 ASML 光刻機支援，這三家大廠分屬于 14/10 納米技術、3D NAND 技術，以及主攻 28 納米開發(fā)，同步獲得高端光刻機，是國內半導體攜手挺進高端技術的一大步。
　　中芯國際預定了一臺 ASML 極紫外光光刻機，價格 1.2 億美元，預定 2019 年交貨，這是有史以來中芯進口最高端的半導體機臺設備，可見在高端工藝技術上的決心，或許將展現(xiàn)“國家隊”實力。
　　長江存儲從荷蘭阿斯麥（ASML）公司訂購的一臺光刻機已抵達武漢。這臺光刻機價值高達7200萬美元，約合人民幣4.6億元。
　　雖然是買別人的東西，但是這兩條信息還是足夠令國人興奮，畢竟這種機器咱們造不出來，人家不賣給咱們，自己的芯片制造就搞不定。
　　等價波音737的光刻機是個啥？
　　光刻機是芯片制造的核心設備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產芯片的光刻機；有用于封裝的光刻機；還有用于LED制造領域的投影光刻機。用于生產芯片的光刻機是中國在半導體設備制造上最大的短板，國內晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口。
　　芯片制造中，設備龍頭就是光刻機，而光刻機的源頭就是ASML！現(xiàn)階段，ASML已經成為光刻機的代名詞。
　　半導體行業(yè)有一句不成規(guī)的名言：艾司摩爾（ASML）的技術到哪里，全球半導體的制程就在哪里。
　　上面這個就是ASML光刻機的截面圖，這臺機器價值不菲。事實上中國的芯片制造商們要想量產7nm及其以下的工藝的芯片，就必須引入EUV光刻機。
　　一臺設備賣上億，全球半導體廠商看其臉色！
　　荷蘭的ASML在光刻機市場上占據了80%的份額，旗下所研發(fā)的EUV光刻機曾售價高達1億美元一臺，而且還不一定有貨。皆因每臺光刻機的裝配大約需要50000個零件左右，預計ASML2018年面向全球的產量僅為12臺，也就是1個月只能有1臺出售給半導體廠商。國際上著名的芯片制造商如Intel、臺積電、三星都是它名下的股東。
　　在高端光刻機上，除了龍頭老大ASML，尼康和佳能也曾做過光刻機，而且尼康還曾經得到過Intel的訂單。但是近些年，尼康在ASML面前被打的毫無還手之力，高端光刻機市場基本被ASML占據——即便是尼康最新的Ar-F immersion 630賣價還不到ASML Ar-F immersion 1980D平均售價的一半，也無法挽回敗局。
　　原因何在？一方面是Intel新CEO上臺后，不再延續(xù)與尼康的620D合同，這使得尼康失去了一個大客戶。另一方面，也和尼康自身技術實力不足有關，尼康的光刻機相對于ASML有不少瑕疵，在操作系統(tǒng)上設計的架構有缺陷，而且尼康的光刻機的實際性能和尼康官方宣傳的有不小差距，這使得臺積電、Intel、三星、格羅方德等晶圓大廠不可能為了省一點錢去賣有瑕疵的產品。
　　目前，尼康的高端光刻機基本被ASML吊打，主流半導體產線中只有少數低階老機齡的光刻機還是尼康或者佳能，其他基本都是ASML的天下。某種程度上，尼康的光刻機也只能用賣的超級便宜來搶市場了。那么，賣的到底有多便宜呢？
　　用數據來說話，ASML的 EUV NXE 3350B 單價超過1億美元，ArF Immersion售價大約在7000萬美元左右。相比之下，尼康光刻機的單價只相當于ASML價格的三分之一。
　　相比之下，國內光刻機廠商則顯得非常寒酸，處于技術領先的上海微電子裝備有限公司已量產的光刻機中，性能最好的是能用來加工90nm芯片的光刻機，技術差距說是鴻溝都不為過。正是因此，國內晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口。
　　光刻機工作原理
　　上圖是一張ASML光刻機介紹圖。下面，簡單介紹一下圖中各設備的作用。
　　測量臺、曝光臺：是承載硅片的工作臺。
　　激光器：也就是光源，光刻機核心設備之一。
　　光束矯正器：矯正光束入射方向，讓激光束盡量平行。
　　能量控制器：控制最終照射到硅片上的能量，曝光不足或過足都會嚴重影響成像質量。
　　光束形狀設置：設置光束為圓型、環(huán)型等不同形狀，不同的光束狀態(tài)有不同的光學特性。
　　遮光器：在不需要曝光的時候，阻止光束照射到硅片。
　　能量探測器：檢測光束最終入射能量是否符合曝光要求，并反饋給能量控制器進行調整。
　　掩模版：一塊在內部刻著線路設計圖的玻璃板，貴的要數十萬美元。
　　掩膜臺：承載掩模版運動的設備，運動控制精度是nm級的。
　　物鏡：物鏡用來補償光學誤差，并將線路圖等比例縮小。
　　硅片：用硅晶制成的圓片。硅片有多種尺寸，尺寸越大，產率越高。題外話，由于硅片是圓的，所以需要在硅片上剪一個缺口來確認硅片的坐標系，根據缺口的形狀不同分為兩種，分別叫flat、notch。
　　內部封閉框架、減振器：將工作臺與外部環(huán)境隔離，保持水平，減少外界振動干擾，并維持穩(wěn)定的溫度、壓力。
　　在加工芯片的過程中，光刻機通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。一般的光刻工藝要經歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經過一次光刻的芯片可以繼續(xù)涂膠、曝光。越復雜的芯片，線路圖的層數越多，也需要更精密的曝光控制過程。
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