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中科院光电所的“光刻机”如何与阿斯麦竞争

2019-01-14 15:59
来源: 硅谷动力

对于大多数人来说,光刻机或许是一个陌生的名词,但它却是制造芯片的核心装备。作为芯片工业的母机,它的地位十分重要。当然,这个领域也是我们国家的装备制造业还没有达到世界一流水平的地方。

最近,一些媒体报道了我国在芯片制造领域取得的新进展的消息!经过近七年艰苦攻关,位于四川成都的中科院光电研究所“超分辨光刻装备研制”项目通过验收。这意味着中国有了“首台紫外超分辨光刻装备”,这一“光刻装备”被部分媒体解读为可以制造22纳米工艺制程的微电子芯片。

很多中国人为这个进展欢欣鼓舞,有人觉得中国已经在光刻机领域超越了欧美,这引起了很多的舆论混淆。

我们做了一些调研,试图还原事情的本来面目,看看中科院光电所的光刻装备如何与世界上最先进的阿斯麦光刻机竞争。

22纳米在国际上是什么水平?

光刻机是芯片制造的核心装备。我国一直在芯片行业受制于人,除了上海微电子能商品化90纳米工艺制程光刻机,其他本土企业几乎全军覆没。但上海微电子的光刻机的技术指标离阿斯麦EUV光刻机最好的指标——7纳米工艺制程还有一个数量级的距离。

因此,中国在光刻机领域主要靠进口。

荷兰的阿斯麦(ASML)是目前全球最大的光刻机生产商,这家公司脱胎于飞利浦集团。在中高端光刻机市场,阿斯麦公司占据大约60%的市场份额;而在最高端的光刻机市场,阿斯麦公司大约占据90%的市场份额。飞利浦公司是阿斯麦公司的大股东。飞利浦与阿斯麦同时也是中国台湾的芯片代工企业台积电的重要股东。所以,从这里可以看出,台积电与阿斯麦在股权结构上有深刻的联系——所以一般来说,我国内地的光刻机要比我国台湾的台积电落后2到3年。

目前,阿斯麦出品的光刻机,性能最好的是7纳米。而中科院推出的“光刻机”(不是商品化仪器,只能算“原理样机”)是22纳米,显然在技术指标上还不能与国际上最先进的7纳米相提并论。这中间的差距是比较大的,没有多年的时间是弥补不上这个差距的,所以,现在没有理由认为中国的光刻机技术已经超越了欧美,更不能盲目自大。

决定芯片的工艺制程的关键因素

现在科技界比较关心的是芯片的工艺制程,也就是大家说的7纳米或者22纳米这些关键技术参数。

数字7比22小,这说明7纳米的芯片的电路更细致,同样面积上可以放置更多的微电子电路,所以7纳米芯片是目前芯片的最好工艺制程。显然整个光刻机的性能可以决定芯片的工艺制程,但主要的决定因素是光刻机的光学成像分辨率。

但是,对光刻机说,光学成像分辨率受到物镜孔径和光源波长的限制,所以要提高芯片的工艺制程,传统的思路是增大物镜孔径和缩短光源的工作波长。这两个方法都受到现实状况的约束,比如物镜的孔径不可能无限增加,因为光刻机的机械尺寸不可能无限扩大。而光源的波长已经从紫外(波长小于380纳米,大于200纳米)走到了深紫外(波长小于200纳米),再朝外走就是X射线波段了。阿斯麦光刻机的紫外光的光源一般是激光器,比如2013年阿斯麦的EUV光刻机研发成功,当时使用的光源是波长为193纳米的准分子ArF激光,使用这种激光光源的光刻机能达到22纳米的工艺制程。当然了,如果换成波长更短的13.5纳米深紫外线光,那么就可以做到7纳米的芯片制程——这样一台光刻机售价至少1亿美元。

显然,如果采用传统的紫外激光光源的做法,那么中科院光电所的光刻机是很难与阿斯麦的光刻机竞争。因为阿斯麦已经在这个领域深耕多年,技术积累非常雄厚,而且资本相当充裕。

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