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造航空母舰难吗?难!但没有造光刻机难……

导读: 全世界能制造高端光刻机的只有荷兰ASML(镜头来自德国),日本Nikon(intel曾经购买过Nikon的高端光刻机)和日本Canon三大品牌为主。

全世界能制造高端光刻机的只有荷兰ASML(镜头来自德国),日本Nikon(intel曾经购买过Nikon的高端光刻机)和日本Canon三大品牌为主。高端光刻机号称世界上最精密的仪器,世界上已有7000万美金的光刻机。高端光刻机堪称现代光学工业之花,其制造难度之大,全世界只有少数几家公司能够制造。

造航空母舰难吗?难!但没有造光刻机难……

一、光刻机是什么?

光刻机是芯片制造的核心设备之一,按照用途可以分为好几种:有用于生产芯片的光刻机;有用于封装的光刻机;还有用于LED制造领域的投影光刻机。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口,本次厦门企业从荷兰进口的光刻机就是用于芯片生产的设备。

在高端光刻机上,除了龙头老大ASML,尼康和佳能也曾做过光刻机,而且尼康还曾经得到过Intel的订单。但是近些年,尼康在ASML面前被打的毫无还手之力,高端光刻机市场基本被ASML占据——即便是尼康最新的Ar-F immersion 630卖价还不到ASML Ar-F immersion 1980D平均售价的一半,也无法挽回败局。

原因何在?一方面是Intel新CEO上台后,不再延续与尼康的620D合同,这使得尼康失去了一个大客户。另一方面,也和尼康自身技术实力不足有关,尼康的光刻机相对于ASML有不少瑕疵,在操作系统上设计的架构有缺陷,而且尼康的光刻机的实际性能和尼康官方宣传的有不小差距,这使得台积电、Intel、三星、格罗方德等晶圆大厂不可能为了省一点钱去卖有瑕疵的产品。

目前,尼康的高端光刻机基本被ASML吊打,主流半导体产线中只有少数低阶老机龄的光刻机还是尼康或者佳能,其他基本都是ASML的天下。某种程度上,尼康的光刻机也只能用卖的超级便宜来抢市场了。那么,卖的到底有多便宜呢?

二、为什么光刻机难造?

制造高精度的对准系统需要具有近乎完美的精密机械工艺,这也是国产光刻机望尘莫及的技术难点之一,许多美国德国品牌光刻机具有特殊专利的机械工艺设计。例如Mycro N&Q光刻机采用的全气动轴承设计专利技术,有效避免轴承机械摩擦所带来的工艺误差。

对准系统另外一个技术难题就是对准显微镜。为了增强显微镜的视场,许多高端的光刻机,采用了LED照明。对准系统共有两套,具备调焦功能。主要就是由双目双视场对准显微镜主体、目镜和物镜各1对(光刻机通常会提供不同放大倍率的目镜和物镜供用户组合使用)。

CCD对准系统作用是将掩模和样片的对准标记放大并成像于监视器上。工件台顾名思义就是放工件的平台,光刻工艺最主要的工件就是掩模和基片。

工件台为光刻机的一个关键,由掩模样片整体运动台(XY)、掩模样片相对运动台(XY)、转动台、样片调平机构、样片调焦机构、承片台、掩模夹、抽拉掩模台组成。

其中,样片调平机构包括球座和半球。调平过程中首先对球座和半球通上压力空气,再通过调焦手轮,使球座、半球、样片向上运动,使样片与掩模相靠而找平样片,然后对二位三通电磁阀将球座和半球切换为真空进行锁紧而保持调平状态。样片调焦机构由调焦手轮、杠杆机构和上升直线导轨等组成,调平上升过程初步调焦,调平完成锁紧球气浮后,样片和掩模之间会产生一定的间隙,因此必须进行微调焦。另一方面,调平完成进行对准,必须分离一定的对准间隙,也需要进行微调焦。

抽拉掩模台主要用于快速上下片,由燕尾导轨、定位挡块和锁紧手轮组成。承片台和掩模夹是根据不同的样片和掩模尺寸而进行设计的。

三、造光刻机不存在弯道超车

近年来,很多媒体最喜欢用“弯道超车”四个字形容我国的产业,但在光刻机行业,弯道超车是不存在的。光刻机这种高精度光机一体化设备,研发过程是没有什么捷径可走的,精度只能一步步提升。没有一微米的基础,就不可能造90纳米的设备,没有90纳米的基础,就不可能造45纳米的设备。

现在ASML可以造10纳米以内精度的设备,这个水平不是天上掉下来的,而是别人几十年一步一步逐渐积累出来的。这也是ASML打败美日竞争对手,占领市场的主要原因。

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