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中国大陆将迎来首台EUV光刻机

2019年,中国大陆或将迎来首台EUV光刻机。日前,全球光刻巨头ASML(阿斯麦)正式澄清,EUV要进口到中国大陆完全没有任何问题!

EUV光刻机

众所周知,芯片是电子产品所必不可少的组件,芯片制造商要想成功地制造出芯片来,必须用到光刻机。对芯片制造商来说,光刻机就是核心的生产设备。

  目前,全球仅有极少数的光刻机设备厂商能够研制出高端光刻机,而荷兰的ASML则拥有全球晶圆厂光刻机设备高达8成的市场份额,在干式曝光机、浸润式光刻机,EUV(极紫外线光刻机)的市场几乎处于独霸地位,台积电、三星、英特尔等国际半导体巨头都是其客户。由于EUV光刻机的生产难度和成本都非常大,导致ASML的EUV全年出货仅12台,明年可望增加至20台,现累积未出货订单约27台,其中有5台已被台积电预订,费款高达5.5亿美元。

  一般来说,一家芯片代工厂,从客户那里获得一个芯片生产订单开始算起,需要在60天内为该客户生产完所有硅片,这些硅片经过封装和测试等环节后,大约又需耗时一个月。不过,如果这家芯片代工厂采用EUV光刻技术,所用生产时长将会大幅缩短,并且产品良率也会提高很多。EUV最大的优点就是20多天即可出厂,而用其他工艺则要80多天。

  在国内,受西方《瓦森纳协议》的限制,中国只能买到ASML的中低端产品,出价再高,也无法购得ASML的高端设备。甚至还有人认为,台积电、三星等在制程上之所以大幅领先中芯国际,主要是因为ASML最先进的光刻机对大陆禁售。

  那么,ASML的EUV光刻机真的对大陆禁售?到底是受产量限制,还是相传受到国际条约《瓦森纳协议》的制约?

  近日,ASML中国区总裁金泳璇在接受媒体(DIGITIMES)采访时正式澄清,ASML对大陆晶圆厂与国际客户一视同仁,只要客户下单,EUV要进口到中国完全没有任何问题。在交期方面,所有客户也都完全一致,从下单到正式交货,均为21个月。

他还透露,目前已有大陆晶圆厂巨头与ASML展开7纳米工艺制程的EUV订单洽谈,2019年大陆首台EUV可望落地。值得一提的是,中芯国际正好在今年3月宣誓进军7纳米,还表示已和ASML达成合作。由此看来,ASML所说的“大陆晶圆厂巨头”应是中芯国际无疑了!

中国的光刻机现在达到多少纳米了?

2016年底,华中科技大学国家光电实验室目前利用双光束在光刻胶上首次完成了 9nm 线宽,双线间距低至约 50nm 的超分辨光刻。未来将这一工程化应用到光刻机上可以突破国外的专利壁垒,直接达到 EUV 的加工水平。

2014年10月瑞典皇家诺贝尔奖委员会决定将当年的诺贝尔化学奖授予打破光学衍射极限发明超分辨率光学显微技术的三位科学家,以表彰他们在超分辨率光学成像方面的卓着贡献。其中斯蒂芬·黑尔教授发明的STED超分辨技术采用二束激光,一束激发激光(Exciting Laser Beam)激发显微镜物镜下的荧光物质产生荧光,另外一束中心光强为零的环形淬灭激光(Inhibiting Laser beam)淬灭激发激光产生的荧光。这两束光的中心重合在一起,使得只有处于纳米级环形淬灭激光中心处的荧光分子才能正常发光,通过扫描的办法就可以得到超越衍射极限的光学成像。

遵循这个思路,华中科技大学国家光电实验室的甘棕松教授在国外攻读博士学位期间,采用类似方法在光刻制造技术上取得进展,成功突破光学衍射极限,首次在世界范围内实现了创记录的单线 9nm 线宽,双线间距低至约 50nm 的超分辨光刻。未来将这一技术工程化应用到光刻机上,能够突破光学衍射极限对投射电路尺寸的限制从而实现超分辨光刻,有望使国产集成电路光刻机摆脱一味采用更短波长光源的技术路线。

采用超分辨的方法突破光学衍射的限制,将光聚集到更小的尺寸,应用到集成电路光刻可以带来两个方面的好处:一方面可以实现更高的分辨率,不再需要采用更短波长的光源,使得光刻机系统造价大大降低;另外一方面采用可见光进行光刻,可以穿透普通的材料,工作环境要求不高,摆脱 EUV 光源需要真空环境、光刻能量不足的羁绊。

与动辄几千万美元的主流光刻机乃至一亿美元售价的 EUV 光刻机相比,超分辨光刻硬件部分只需要一台飞秒激光器和一台普通连续激光器,成本只是主流光刻机的几分之一。该系统运行条件比紫外光刻温和得多,不需要真空环境,不需要特殊的发光和折光元器件,和一般光刻系统相比,该系统仅仅是引入了第二束光,系统光路设计上改动比较小,光刻机工程化应用相对容易,有希望使国产光刻机在高端领域弯道超车、有所突破。



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