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造航空母艦難嗎?難!但沒有造光刻機難……

2018-10-12
關(guān)鍵詞: 光刻機 Intel 佳能 半導體

全世界能制造高端光刻機的只有荷蘭ASML(鏡頭來自德國),日本Nikon(intel曾經(jīng)購買過Nikon的高端光刻機)和日本Canon三大品牌為主。高端光刻機號稱世界上最精密的儀器,世界上已有7000萬美金的光刻機。高端光刻機堪稱現(xiàn)代光學工業(yè)之花,其制造難度之大,全世界只有少數(shù)幾家公司能夠制造。

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一、光刻機是什么?

光刻機是芯片制造的核心設(shè)備之一,按照用途可以分為好幾種:有用于生產(chǎn)芯片的光刻機;有用于封裝的光刻機;還有用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機。用于生產(chǎn)芯片的光刻機是中國在半導體設(shè)備制造上最大的短板,國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口,本次廈門企業(yè)從荷蘭進口的光刻機就是用于芯片生產(chǎn)的設(shè)備。

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(jīng)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(jù)——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(shù)實力不足有關(guān),尼康的光刻機相對于ASML有不少瑕疵,在操作系統(tǒng)上設(shè)計的架構(gòu)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(chǎn)品。

目前,尼康的高端光刻機基本被ASML吊打,主流半導體產(chǎn)線中只有少數(shù)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?

二、為什么光刻機難造?

制造高精度的對準系統(tǒng)需要具有近乎完美的精密機械工藝,這也是國產(chǎn)光刻機望塵莫及的技術(shù)難點之一,許多美國德國品牌光刻機具有特殊專利的機械工藝設(shè)計。例如Mycro N&Q光刻機采用的全氣動軸承設(shè)計專利技術(shù),有效避免軸承機械摩擦所帶來的工藝誤差。

對準系統(tǒng)另外一個技術(shù)難題就是對準顯微鏡。為了增強顯微鏡的視場,許多高端的光刻機,采用了LED照明。對準系統(tǒng)共有兩套,具備調(diào)焦功能。主要就是由雙目雙視場對準顯微鏡主體、目鏡和物鏡各1對(光刻機通常會提供不同放大倍率的目鏡和物鏡供用戶組合使用)。

CCD對準系統(tǒng)作用是將掩模和樣片的對準標記放大并成像于監(jiān)視器上。工件臺顧名思義就是放工件的平臺,光刻工藝最主要的工件就是掩模和基片。

工件臺為光刻機的一個關(guān)鍵,由掩模樣片整體運動臺(XY)、掩模樣片相對運動臺(XY)、轉(zhuǎn)動臺、樣片調(diào)平機構(gòu)、樣片調(diào)焦機構(gòu)、承片臺、掩模夾、抽拉掩模臺組成。

其中,樣片調(diào)平機構(gòu)包括球座和半球。調(diào)平過程中首先對球座和半球通上壓力空氣,再通過調(diào)焦手輪,使球座、半球、樣片向上運動,使樣片與掩模相靠而找平樣片,然后對二位三通電磁閥將球座和半球切換為真空進行鎖緊而保持調(diào)平狀態(tài)。樣片調(diào)焦機構(gòu)由調(diào)焦手輪、杠桿機構(gòu)和上升直線導軌等組成,調(diào)平上升過程初步調(diào)焦,調(diào)平完成鎖緊球氣浮后,樣片和掩模之間會產(chǎn)生一定的間隙,因此必須進行微調(diào)焦。另一方面,調(diào)平完成進行對準,必須分離一定的對準間隙,也需要進行微調(diào)焦。

抽拉掩模臺主要用于快速上下片,由燕尾導軌、定位擋塊和鎖緊手輪組成。承片臺和掩模夾是根據(jù)不同的樣片和掩模尺寸而進行設(shè)計的。

三、造光刻機不存在彎道超車

近年來,很多媒體最喜歡用“彎道超車”四個字形容我國的產(chǎn)業(yè),但在光刻機行業(yè),彎道超車是不存在的。光刻機這種高精度光機一體化設(shè)備,研發(fā)過程是沒有什么捷徑可走的,精度只能一步步提升。沒有一微米的基礎(chǔ),就不可能造90納米的設(shè)備,沒有90納米的基礎(chǔ),就不可能造45納米的設(shè)備。

現(xiàn)在ASML可以造10納米以內(nèi)精度的設(shè)備,這個水平不是天上掉下來的,而是別人幾十年一步一步逐漸積累出來的。這也是ASML打敗美日競爭對手,占領(lǐng)市場的主要原因。


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