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中芯賭上1.2億美元搶下最先進(jìn)光刻機(jī) 解碼世界最貴精密儀器

2018-05-25   來(lái)源：   評(píng)論：0
摘要：近期中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有個(gè)非比尋常的突破，來(lái)自于中芯國(guó)際、紫光集團(tuán)長(zhǎng)江存儲(chǔ)、華虹集團(tuán)華力微電子均獲得荷蘭設(shè)備大廠 ASML 光刻機(jī)支援，這三家大廠分屬于 14 10 納米技術(shù)、3D NAND 技術(shù)，以及主攻 28 納米開發(fā)，同步獲得高端光刻機(jī)。
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　　ASML 光刻機(jī)ASML 光刻機(jī)身為中國(guó)半導(dǎo)體“國(guó)家隊(duì)”的中芯國(guó)際，在前臺(tái)積電、三星首席技術(shù)官梁孟松出任聯(lián)席 CEO 后，提出 2019 年要量產(chǎn) 14 納米 FinFET 的時(shí)程表，然供應(yīng)鏈透露，10 納米也計(jì)劃力拼在同年推出，以此來(lái)看，看似低調(diào)的中芯，其實(shí)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(shù)的巨型飛彈，要把與臺(tái)積電、三星之間的工藝距離縮短至 1~1.5 個(gè)世代，屆時(shí)，禁錮多年的國(guó)內(nèi)高端技術(shù)將全面破繭而出。
　　ASML 光刻機(jī)到位，象征國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)入全新階段
　　近期中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有個(gè)非比尋常的突破，來(lái)自于中芯國(guó)際、紫光集團(tuán)長(zhǎng)江存儲(chǔ)、華虹集團(tuán)華力微電子均獲得荷蘭設(shè)備大廠 ASML 光刻機(jī)支援，這三家大廠分屬于 14/10 納米技術(shù)、3D NAND 技術(shù)，以及主攻 28 納米開發(fā)，同步獲得高端光刻機(jī)，是國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體攜手挺進(jìn)高端技術(shù)的一大步。
　　中芯國(guó)際預(yù)定了一臺(tái) ASML 極紫外光光刻機(jī)，價(jià)格 1.2 億美元，預(yù)定 2019 年交貨，這是有史以來(lái)中芯進(jìn)口最高端的半導(dǎo)體機(jī)臺(tái)設(shè)備，可見在高端工藝技術(shù)上的決心，或許將展現(xiàn)“國(guó)家隊(duì)”實(shí)力。
　　長(zhǎng)江存儲(chǔ)從荷蘭阿斯麥（ASML）公司訂購(gòu)的一臺(tái)光刻機(jī)已抵達(dá)武漢。這臺(tái)光刻機(jī)價(jià)值高達(dá)7200萬(wàn)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(guó)人興奮，畢竟這種機(jī)器咱們?cè)觳怀鰜?lái)，人家不賣給咱們，自己的芯片制造就搞不定。
　　等價(jià)波音737的光刻機(jī)是個(gè)啥？
　　光刻機(jī)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(jī)；有用于封裝的光刻機(jī)；還有用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)。用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)是中國(guó)在半導(dǎo)體設(shè)備制造上最大的短板，國(guó)內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。
　　芯片制造中，設(shè)備龍頭就是光刻機(jī)，而光刻機(jī)的源頭就是ASML！現(xiàn)階段，ASML已經(jīng)成為光刻機(jī)的代名詞。
　　半導(dǎo)體行業(yè)有一句不成規(guī)的名言：艾司摩爾（ASML）的技術(shù)到哪里，全球半導(dǎo)體的制程就在哪里。
　　上面這個(gè)就是ASML光刻機(jī)的截面圖，這臺(tái)機(jī)器價(jià)值不菲。事實(shí)上中國(guó)的芯片制造商們要想量產(chǎn)7nm及其以下的工藝的芯片，就必須引入EUV光刻機(jī)。
　　一臺(tái)設(shè)備賣上億，全球半導(dǎo)體廠商看其臉色！
　　荷蘭的ASML在光刻機(jī)市場(chǎng)上占據(jù)了80%的份額，旗下所研發(fā)的EUV光刻機(jī)曾售價(jià)高達(dá)1億美元一臺(tái)，而且還不一定有貨。皆因每臺(tái)光刻機(jī)的裝配大約需要50000個(gè)零件左右，預(yù)計(jì)ASML2018年面向全球的產(chǎn)量?jī)H為12臺(tái)，也就是1個(gè)月只能有1臺(tái)出售給半導(dǎo)體廠商。國(guó)際上著名的芯片制造商如Intel、臺(tái)積電、三星都是它名下的股東。
　　在高端光刻機(jī)上，除了龍頭老大ASML，尼康和佳能也曾做過(guò)光刻機(jī)，而且尼康還曾經(jīng)得到過(guò)Intel的訂單。但是近些年，尼康在ASML面前被打的毫無(wú)還手之力，高端光刻機(jī)市場(chǎng)基本被ASML占據(jù)——即便是尼康最新的Ar-F immersion 630賣價(jià)還不到ASML Ar-F immersion 1980D平均售價(jià)的一半，也無(wú)法挽回?cái)【帧?/span>
　　原因何在？一方面是Intel新CEO上臺(tái)后，不再延續(xù)與尼康的620D合同，這使得尼康失去了一個(gè)大客戶。另一方面，也和尼康自身技術(shù)實(shí)力不足有關(guān)，尼康的光刻機(jī)相對(duì)于ASML有不少瑕疵，在操作系統(tǒng)上設(shè)計(jì)的架構(gòu)有缺陷，而且尼康的光刻機(jī)的實(shí)際性能和尼康官方宣傳的有不小差距，這使得臺(tái)積電、Intel、三星、格羅方德等晶圓大廠不可能為了省一點(diǎn)錢去賣有瑕疵的產(chǎn)品。
　　目前，尼康的高端光刻機(jī)基本被ASML吊打，主流半導(dǎo)體產(chǎn)線中只有少數(shù)低階老機(jī)齡的光刻機(jī)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(jī)也只能用賣的超級(jí)便宜來(lái)?yè)屖袌?chǎng)了。那么，賣的到底有多便宜呢？
　　用數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)話，ASML的 EUV NXE 3350B 單價(jià)超過(guò)1億美元，ArF Immersion售價(jià)大約在7000萬(wàn)美元左右。相比之下，尼康光刻機(jī)的單價(jià)只相當(dāng)于ASML價(jià)格的三分之一。
　　相比之下，國(guó)內(nèi)光刻機(jī)廠商則顯得非常寒酸，處于技術(shù)領(lǐng)先的上海微電子裝備有限公司已量產(chǎn)的光刻機(jī)中，性能最好的是能用來(lái)加工90nm芯片的光刻機(jī)，技術(shù)差距說(shuō)是鴻溝都不為過(guò)。正是因此，國(guó)內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。
　　光刻機(jī)工作原理
　　上圖是一張ASML光刻機(jī)介紹圖。下面，簡(jiǎn)單介紹一下圖中各設(shè)備的作用。
　　測(cè)量臺(tái)、曝光臺(tái)：是承載硅片的工作臺(tái)。
　　激光器：也就是光源，光刻機(jī)核心設(shè)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(guò)足都會(huì)嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。
　　光束形狀設(shè)置：設(shè)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(xué)特性。
　　遮光器：在不需要曝光的時(shí)候，阻止光束照射到硅片。
　　能量探測(cè)器：檢測(cè)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(jìn)行調(diào)整。
　　掩模版：一塊在內(nèi)部刻著線路設(shè)計(jì)圖的玻璃板，貴的要數(shù)十萬(wàn)美元。
　　掩膜臺(tái)：承載掩模版運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，運(yùn)動(dòng)控制精度是nm級(jí)的。
　　物鏡：物鏡用來(lái)補(bǔ)償光學(xué)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(chǎn)率越高。題外話，由于硅片是圓的，所以需要在硅片上剪一個(gè)缺口來(lái)確認(rèn)硅片的坐標(biāo)系，根據(jù)缺口的形狀不同分為兩種，分別叫flat、notch。
　　內(nèi)部封閉框架、減振器：將工作臺(tái)與外部環(huán)境隔離，保持水平，減少外界振動(dòng)干擾，并維持穩(wěn)定的溫度、壓力。
　　在加工芯片的過(guò)程中，光刻機(jī)通過(guò)一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過(guò)畫著線路圖的掩模，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經(jīng)過(guò)一次光刻的芯片可以繼續(xù)涂膠、曝光。越復(fù)雜的芯片，線路圖的層數(shù)越多，也需要更精密的曝光控制過(guò)程。
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