网友提问:
我国能生产光刻机吗?
优质回答:
我国能生产光刻机。只是在技术水平上与国外最先进的有差距。
不过我们一直没放弃努力,现在已经有望缩小差距了。再坚持一下,黎明前的黑暗就会过去。
光刻机是芯片生产的关键设备之一。
芯片生产,需要用到几个最关键的设备:分别是光刻机、刻蚀机、清洗机、等离子注入机。我们都能生产。刻蚀机已经达到世界最顶尖水平。清洗设备和等离子注入也堪用。现在差的就是高精度的光刻机。
光刻机有什么用呢?下面通俗说一下光刻机在芯片生产中的作用。
下面把芯片生产比喻成木匠雕花,可以方便普通人理解。(二者主要是精度差别,材质差别。木匠雕花精度到毫米即可,芯片要到纳米。木匠用木头雕刻,芯片用硅的晶圆雕刻)
芯片生产:
第一步:设计。芯片设计公司进行设计,最后出图。这就像木匠雕花,先由设计师画图。
第二步:备料。芯片的主料是圆晶,就是硅,当然还要用些辅助材料。木匠买来木料等。
第三步:放样。这时要用到光刻机了。要用光刻机把设计好的图纸画到圆晶上。这里要求精度必须和设计精度匹配。如果这一步做不了,后面就只能干瞪眼了。木匠也要放样,根据图纸,在木料上把要雕刻的图样描画好。。
第四步:施工。这时刻蚀机上场。有等离子刻蚀或者化学刻蚀可选。刻蚀时按图施工。这就好比木匠师傅按画好的图案雕刻,使用凿子,刻刀是一样的。施工中要注意保持环境卫生。
第五步:清洗。其实是和施工混合在一起的,边施工边清洗。这就好比木匠雕刻时用毛刷,或者用嘴巴吹木屑。只是芯片要求的清洗超级严格。
第四、第五步要重复多次,具体情况视加工芯片的复杂情况而定。
第六步:封装。施工完毕后要保持住施工成果,隔绝一切可能的伤害,芯片封装要求也很高,要用到离子注入等设备。木匠这环节简单。施工完毕后,现场都清理干净了,弄点清漆把作品保护好。
如果不能用高精度的光刻机放样,是生产不出来高水平的芯片的。光刻机在制造流程中要使用多次,包括最后的封装环节也要用。
下面说说光刻机的市场状况:
现在高等级的光刻机世界上有美国、荷兰、日本三个国家5个公司能生产。分别是荷兰的ASML、日本的Nikon、日本的cannon、美国的ultratech以及我国的上海微电子(SMEE)。
这五家里面,荷兰的ASML一家独大,完全垄断了高精度光刻机。
目前还在追赶的,只有中国,其他几家都放弃了。因为难度太大。
目前ASML的技术是10nm,马上是7nm。
上海微电子的技术是90nm。
我们能买到的最新设备的技术是中芯国际即将投产的生产线14nm。
下图是上海微电子生产的光刻机
好消息是2017年,长春光机所承担的国家科技重大专项项目“极紫外光刻关键技术研究”顺利通过验收,这标志着国产22-32 nm设备就要出来了。我们离ASML又近了一步。
这里,我们要感谢那些默默无闻风险在科研领域的人,他们是中国自强不息的脊梁。下面照片是验收后科研人员合影留念。为这个突破,花了16年时间。让我们向他们致敬。
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光刻机最近比较火是因为中兴被美国封杀事件不得使用高通芯片最终近期高通不得不全线产品使用联发科的产品,由此可见芯片对于手机产业的重大影响。
光刻机是芯片制造的最核心设备之一,可以分为几类:
1,用于生产芯片的光刻机;
2,用于封装的光刻机;
3,用于LED制造领域的投影光刻机。
一、中国光刻机与世界的差距
用于生产芯片的光刻机是我国半导体设备的最大的短板。光刻机域的老大是荷兰的ASML,该公司生产的EUV系列光刻机售价高达1亿美元,并且只有ASML能够生产,可以说asml几乎垄断了光刻机的高端市场。
目前国内光刻机和国外的差距是极为巨大的,但是我们能看到的是,光刻机是我过要重点发展的行业。国家扶植。
由于美国主导《瓦森纳协议》的限制,中国根本不可能进口光刻机的高端设备。只能有机会买到ASML的中低端产品。举例:Intel、三星、台积电2015年能买到ASML10 nm的光刻机。而国内,2015年只能买到ASML 2010年生产的32 nm的光刻机,5年时间对半导体来说,已经足够让市场更新换代3次了。这就导致即使通过设备学习国外的光刻机技术,中国已经落后三代产品,更不用说观看和拆解根本不可能学会光刻机新技术。
由于进出口贸易的限制,国内目前没办法安装ASML EUV光刻机,所以也导致无法学习最先进的光刻机技术。目前国产光刻机与国外差距太大,根本无法在高端市场上参与竞争,。根据预估,近年来我国每年集成电路产品进口金额与每年原油进口金额大致相当,每年已经超过2000亿美元。
二、中国光刻机发展历程
中国最好的光刻机厂商上海微电子(SMEE)已经量产的光刻机中,性能最好的设备相当于2004年上市的奔腾四CPU的水准。所以由此可知,中国至少落后于国外14年,这对于2年更新一次的光刻机行业,中国落后了7代。
2008年国家将EUV光刻技术列作为重要课题,长春光机承担起了“极紫外光刻关键技术研究”项目研究工作。此后《中国制造2025》将EUVL列为了集成电路制造领域的发展重点,并计划在2030年实现EUV光刻机的国产化。
8年后的2016年,项目提前完成测试,突破了现阶段制约我国极紫外光刻发展的核心光学技术,初步建立了适应于极紫外光刻曝光光学系统研制的加工、检测、镀膜和系统集成平台。这才进行中国光刻机时代的奠基。而asml光刻机已经诞生了30年,市场份额高达80%。
极紫外光刻被公认为是最具潜力的下一代光刻技术,面对的是7nm和5nm节点,代表了当前应用光学发展最高水平。
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有人说研发光刻机比研发导弹和原子弹还难,但我要说,只要是外国人研发出来的东西,就没有中国人研发不出来的。中国人韧性非常强,别人越打压,我们就变的越强大。当年,我国要建高铁,想从日本和欧洲进口高铁技术,可人家不卖,还嘲笑我们几十年内建不了高铁。这激起了中国科研人员的努力,在短短几年之后,中国高铁就在祖国大地上运行,且技术还远超日本和欧洲,令他们大跌眼镜。所以我相信,以中国人的高超智慧,用不了多久,中国自主研发的高尖端光刻机就会与世人见面。到那时,中国不但能制造高端光刻机,还能制造比光刻机更先进的高科技设备。
目前,光刻机都被国外垄断,震惊世界的华为之战就是光刻机之战。华为芯片大部分从国外进口,美国为了打压华为,利用国家力量要求美国企业断供华为芯片。华为芯片又是高科技产品,很多都是用光刻机制造出来的。美国人认为,光刻机是华为短板,还在研发之中,他们垄断了光刻机市场,也就掐断了华为的脖子。幸好华为早就有准备,华为旗下海思公司生产的麒麟系列芯片,足以和高通骁龙芯片媲美,满足了华为后续产品的需求。华为公司依旧在研发更高端的芯片,相信他们能克服种种困难,让华为高科技走向世界。
当然,光刻机也不是美国一家独大,荷兰ASML公司生产的光刻机排世界前列,他们生产的7nm光刻机一台售价1亿欧元,约合人民币8亿,而且有钱还要提前数年预约。这还不算最好的,如果是5nm光刻机价格就更高了。由于荷兰光刻机技术来源美国,因此他们也不敢转让核心技术给我国。正因为这样,光刻机成了一些国家发财专利。
如今,我国高科技遭到打压,这更激起了我国科研人员奋发图强。我国是发展中国家,对很多高科技产品还在摸索研发之中。特别是对这种高端科技光刻机的研发,我国以在计划之中。我国高科技企业特别多,只要大家群策群力,用不了多少年,我国就能拥有属于自己的高端光刻机。
所以说,中国可以自己制造出光刻机,它对中国人来说,挑战不会很大,属于正常的高科技研发,而且我们的技术一定会超越西方,这也是中国人的实力。等到那时,中国制造的高端光刻机就可以销售世界,给很多发展中国家带来福音。以上只是一家之言,欢迎留言,谢谢。
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ASML的CEO说,一旦中国人掌握了光刻机,ASML将会非常被动。
同时他也指出,这个时间只需要3年,也就是3年时间中国人就会掌握光刻机。
要知道现在全世界最先进的光刻机荷兰的ASML旗下的EUV极紫外光刻机可以生产5nm甚至3nm的芯片。
我们离世界最先进的ASML还有非常大的差距,这也是我们被卡脖子的原因。
这也是华为现在手机销量大幅度下滑的重要原因,因为没有公司可以给华为生产芯片,则华为就没有足够的芯片用于制造更多的手机。
这也是华为P50不能推出来的原因,因为按照惯例,华为的P系列手机都会在每年的春天发布,搭载着最强大的摄像系统,但今年余承东在发布会上说了,不知道什么时候才能推出P50系列手机。
一、我国量产的最先进光刻机SSX600系列
目前我国量产的最先进光刻机厂家是上海微电子装备公司,在他们的官方网站上可以看到,他们可以出售的是SSX600系列光刻机。
我们从官网上可以看到,这种型号的光刻机可以用于制造90nm关键层光刻工艺需求。一直传闻当中的28nm光刻机现在还没有通过正式渠道发布,我们还需要一段时间等待,等待着结果。
当然我们要清楚,荷兰的ASML每年的研发经费投入172亿元人民币,而我们的上海微电子装备公司注册资金只有1.5亿左右。
从资金实力上来说,上海微电子装备和荷兰的ASML差距巨大。
荷兰的ASML是一家上市公司,目前股价665美元,对应的市值是2774亿美元。如果我们想加快发展我们的光刻机,投入巨额资金支持是非常必要的。
荷兰ASML每年研发经费投入172亿元,我们想弯道超车则投入的研发经费需要是ASML的3到5倍左右,也就是说需要每年投入研发经费500到1000亿元人民币,这是一笔不菲的投入,短期内也看不到非常丰厚的回报,但我们又不得不做这些事。
这时候就看出国企的重要性了,我们可以先把研发投入看成是一项重要工程,集中全国力量攻关,估计3到5年能走上快速发展的轨道,只要道路走对了,对于我们来说追赶超就相对容易了。
为什么这么自信,因为我们有全世界最大的半导体市场,有了这个市场,就是这么豪横!我们需要时间发展!
二、怎么超越ASML,荷兰光刻机赢日本的原因?
为什么荷兰的光刻机能在市场竞争当中胜出,而日本曾经叱咤风云而又渐渐跟不上节奏了呢?
我们研究一下荷兰的光刻机为什么能在市场上胜出,我们就知道我们应该怎么竞争,才能在竞争当中处于有利地位。
那我们就看看哪些公司能用到光刻机。
从ASML的官网上我们看到,ASML的客户主要分布在以下国家或地区,中国、韩国、日本、美国、欧洲和我国的台湾地区。
而ASML的做法是,高度绑定美国、三星公司和台积电,让他们都成为自己的股东。
也就是说,主流玩家都支持ASML,而只有日本公司支持日本的光刻机生产厂家,如佳能。这就是在美国这个带头大哥的带动下,用市场规则主动或被动地把日本企业淘汰出局,因为日本企业实在是在半导体领域太强了,美国人感到了威胁。
那我们怎么才能在今后竞争当中超越ASML呢?我们要做的就是培养出更多的芯片制造企业,不仅有中芯国际一家,我们需要更多的中芯国际投入到芯片制造领域,让芯片制造成为一个普通产业,变成白菜价,这样我们就能在竞争当中超越对手。
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我国制造光刻机是没有任何疑问的,只不过制造的光刻机最小工艺制程节点只有90纳米,而国际上光刻机的最小工艺制程为3纳米。90纳米工艺制程是在2004年出现的,也就是说,如今的国产光刻机与ASML的光刻机技术差了16年。不过国产浸没式DUV光刻机也将在2021年交付使用,将进一步缩小与ASML的差距。
国产光刻机最先进的就是上海微电子制造的SSA600/20步进扫描式光刻机,其最小工艺制程节点为90纳米,在2018年通过验收。该光刻机的光源采用了波长为193纳米的Arf准分子光源;曝光系统为数值孔径是0.75的Epolith A075;双工件台应该是华卓精科研制的DWS系列,运动平均偏差465纳米,运动标准偏差7纳米。SSA600/20就是我国目前可以使用的最先进的光刻机了,也是可以唯一可以使用的去美国化的最先进的光刻机了。
事实上我国研制光刻机部件的企业有很多,如光源是由:科益虹源;曝光系统是由:国科精密;工件台是由:华卓精科;浸液系统是由:启尔机电;物镜系统是由:国望光学。基本上国内最强的研发团队都上了,毕其功于一役,相信定能制造出EUV光刻机。
目前取得的成就有,华卓精科正在研发浸没式光刻机工件台DWSI系列,运动平均偏差2.5纳米,运动标准偏差为5纳米。主要就是用于浸没式光刻机,也就是即将于2021年交付由上海微电子制造的浸没式DUV光刻机。还有长春光机所研制的EUV光刻机物镜系统,其波像差优于0.75纳米RMS,并且首次获得了光刻线宽为32纳米的曝光图形。
此外,科益虹源正在研发60W 4Khz的arf光源,也是浸没式DUV光刻机的必备之物。之前40W 4khz的准分子激光光源已经交付使用了。还有就是国望光学正在研发数值孔径为1.35的镜头组。由此可知,与浸没式DUV光刻机相关的光源,镜头,双工件台,曝光系统,浸液等等都取得了相当大的进展。所以说,在2021年上海微电子制造出浸没式DUV光刻机也没有什么不可能的。
但是光刻机被制造出来后,离成熟还有一段时间,也就是说即便是2021年国产首台浸没式DUV光刻机被制造出来后,离商业化也有一段时间。像7纳米工艺制程的芯片也是可以用浸没式DUV光刻机制造出来的,台积电的首代7纳米制程工艺用的就是浸没式DUV光刻机,只不过需要多次曝光而已。当然了,不计成本和时间和良品率的话,使用浸没式DUV光刻机也可以制造出5纳米工艺制程节点的芯片。而EUV光刻机在制造7纳米和5纳米工艺制程节点的芯片,就比较方便快捷了,根本不需要进行多次曝光。
事实上,也就商业芯片对工艺制程要求较高,5纳米,3纳米等等。而像基站,军工领域对工艺制程的要求就不高了,主要就是可靠性,耐高温,耐低温,抗辐射性。现在普遍的军用芯片的工艺制程还停留在40纳米或者65纳米,再高点也就是28纳米,22纳米。像14纳米,7纳米的基本上就没有。所以说,有了国产的浸没式DUV光刻机,完全可以确保我国的工业芯片,国防芯片不会受到影响。只要有强大的军事实力,那么留给我国攻克DUV光刻机技术难关的时间就非常的充裕。只不过像一些被美国制裁的高科技企业,还需要忍耐一段时间,等到国产EUV光刻机问世之后,就可以无所顾忌的发展了。
在研发DUV和EUV光刻机的同时,也不能放弃新兴芯片的研发,比如量子芯片,碳基芯片,光芯片等等。等到硅基芯片走到尽头时,才是新兴芯片大发展之时。既然在硅基芯片上受制于人了,那么在新兴芯片上就绝对不能重蹈覆辙。注重研发,注重人才,彻底解决光刻机这一制约我国高科技发展问题。所以说,现阶段就是努力攻克光刻机的各种部件,及早制造出浸没式光刻机,同时大力研发新兴芯片。