不少芯片都已經(jīng)進(jìn)入了納米級(jí)制程，EUV光刻機(jī)并非必需品？

眾所周知，在整個(gè)晶圓體制造領(lǐng)域，臺(tái)積電和三星是目前行業(yè)巨頭，二者憑借著出色的工藝技術(shù)與市場(chǎng)份額幾乎壟斷了所有的市場(chǎng)，尤其是臺(tái)積電。縱觀目前芯片行業(yè)內(nèi)的更大巨頭，蘋果、高通、英偉達(dá)、聯(lián)發(fā)科、AMD等等都是臺(tái)積電和三星的客戶，所以二者的影響力不言而喻。作為近乎壟斷的光刻機(jī)巨頭，ASML的EUV光刻機(jī)已經(jīng)在全球頂尖的晶圓廠中獲得了使用。無(wú)論是英特爾、臺(tái)積電還是三星，EUV光刻機(jī)的購(gòu)置已經(jīng)是生產(chǎn)支出中很大的一筆，也成了7nm之下不可或缺的制造設(shè)備，我國(guó)因?yàn)橘Q(mào)易條約被遲遲卡住不放行的也是一臺(tái)EUV光刻機(jī)。

但EUV光刻機(jī)的面世靠的不僅僅是ASML一家的努力，還有蔡司和TRUMPF(通快)兩家歐洲光學(xué)巨頭的合作才得以成功。他們的技術(shù)分別為EUV光刻機(jī)的鏡頭和光源做出了不小的貢獻(xiàn)，也讓歐洲成了唯一能夠造出此類精密半導(dǎo)體設(shè)備的地區(qū)。

光刻機(jī)的分辨率是光刻機(jī)能夠清晰投影最小圖像的能力，這一關(guān)鍵指標(biāo)決定了這臺(tái)光刻機(jī)可以用于何種工藝節(jié)點(diǎn)。R=k1*λ/NA代表了與其相關(guān)的多個(gè)參數(shù)，其中R為分辨率，k1為光刻工藝系數(shù)，λ為波長(zhǎng)，NA為數(shù)值孔徑。

很明顯，要想壓縮分辨率有三種方法，減小光刻工藝系數(shù)，減小波長(zhǎng)或是增加數(shù)值孔徑。k1系數(shù)取決于芯片制造工藝的多種因素，ASML通過(guò)控制光線擊中光罩的方式和FlexPupil自由照明器光瞳整形技術(shù)，使得k1接近于0.3。但由于其物理極限為0.25，所以在將k1逼近極限的情況的同時(shí)，波長(zhǎng)和數(shù)值孔徑上的改進(jìn)空間反而更大一點(diǎn)。

這也就是選用EUV的原因之一，EUV象征著極紫光。與DUV光刻機(jī)中用到的193nm ArF光源相比，其波長(zhǎng)只有13.5nm。因此EUV光刻機(jī)面臨的首要挑戰(zhàn)，就是如何生成這樣一個(gè)短波長(zhǎng)的極紫光。

現(xiàn)在不少芯片都已經(jīng)進(jìn)入了納米級(jí)制程，傳統(tǒng)準(zhǔn)分子激光器發(fā)射UV激光束的方法已經(jīng)愈發(fā)受限，對(duì)短波長(zhǎng)曝光的需求越來(lái)越大。一種解決方案就是通過(guò)激光照射生成的發(fā)光等離子體，以此提供這種超短波的輻射，而這種等離子體是如何形成的呢?這就要用到通快的二氧化碳脈沖式激光系統(tǒng)/激光放大器。

通快用于EUV的這套激光系統(tǒng)采用二氧化碳連續(xù)波激光器技術(shù)，功率可至10kW以上。發(fā)生器將錫液滴入真空容器中，激光器發(fā)射的高功率脈沖激光擊中錫液，錫原子被電離化后，也就生成了等離子體。接著收集鏡將等離子發(fā)射的EUV輻射集中傳輸至光刻系統(tǒng)，完成晶片曝光的過(guò)程。

提高數(shù)值孔徑的途徑

最后是如何做到更高的數(shù)值孔徑，這一參數(shù)象征了鏡頭系統(tǒng)可以收集和聚焦多少光量，因此必須從鏡頭和結(jié)構(gòu)出發(fā)來(lái)提高。浸入技術(shù)在透鏡和晶圓之間加入了一層水，將DUV光刻機(jī)的數(shù)值孔徑從0.93提高至了1.35。然而在應(yīng)用了EUV之后，這一數(shù)值反而降至0.33。不過(guò)在低K值和短波長(zhǎng)的助力下，分辨率還是要高過(guò)DUV的。目前0.33的NA雖然足以支持5nm及3nm制程，但要想更進(jìn)一步，必須要用到更高的NA，所以高數(shù)值孔徑成了ASML下一代系統(tǒng)EXE:5000主要解決的問(wèn)題之一。

而ASML的EUV光刻機(jī)鏡頭系統(tǒng)中，發(fā)揮最大作用的則是同樣來(lái)自德國(guó)的蔡司。由于絕大多數(shù)材料都會(huì)吸收極紫光，所以常規(guī)的透鏡會(huì)吸收EUV。為此，蔡司打造了一種光滑的多層布拉格反射鏡，每個(gè)鏡頭都有100多層，主要材料是硅和鉬，最大限度地提高極紫光的反射。

但值得一提的是，臺(tái)積電和三星的成功離不開一家企業(yè)的支撐，那就是荷蘭光刻機(jī)巨頭ASML公司。ASML作為目前全球最大的光刻機(jī)供應(yīng)商，每年都向臺(tái)積電、三星供應(yīng)大量的光刻機(jī)設(shè)備，其中主要以EUV光刻機(jī)為主。而正是這個(gè)EUV光刻機(jī)，也是阻礙國(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展的一個(gè)難以逾越的鴻溝。

臺(tái)積電、三星憑借EUV光刻機(jī)在5nm、4nm等領(lǐng)域風(fēng)生水起，而我國(guó)卻一直卡在了14nm技術(shù)上，7nm都沒有開始實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，主要的一個(gè)原因就是因?yàn)橹行緹o(wú)法順利購(gòu)買到ASML的EUV光刻機(jī)設(shè)備，只能購(gòu)買DUV光刻機(jī)。這在無(wú)形之中就導(dǎo)致中芯雖然有理論技術(shù)，但沒有設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)。

而EUV光刻機(jī)又作為極為精密的一大設(shè)備，想要自主研發(fā)生產(chǎn)并不是短時(shí)間內(nèi)就能解決的事情。首先，EUV光刻機(jī)內(nèi)部的零件都是由全球各個(gè)行業(yè)的頂尖巨頭所供應(yīng)，這就很難找到替代品。其次，生產(chǎn)技術(shù)上也需要涉及到成百上千個(gè)專利技術(shù)，一個(gè)不小心就會(huì)造成技術(shù)侵權(quán)，其造成的損害無(wú)疑會(huì)更加巨大。所以想要自研光刻機(jī)，不僅要在供應(yīng)鏈上下功夫，同時(shí)在專利技術(shù)上也得下功夫，這并不是短時(shí)間內(nèi)就能夠做到的事情。

不過(guò)近日一個(gè)消息的傳來(lái)，對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片來(lái)說(shuō)是一個(gè)好消息。臺(tái)積電前技術(shù)研發(fā)副總林本堅(jiān)表示，即便是沒有EUV光刻機(jī)設(shè)備，其實(shí)中芯也能夠?qū)⑿酒龅?nm工藝。

臺(tái)積電高管說(shuō)出實(shí)情，國(guó)產(chǎn)5nm有希望了

值得一提的是，林本堅(jiān)是芯片技術(shù)方面的大牛，早年間在IBM工作22年，一直主攻光刻機(jī)技術(shù)，2000年的時(shí)候加入臺(tái)積電，并且在2002年的時(shí)候提出了沉浸式光刻技術(shù)，直到如今該技術(shù)仍在使用當(dāng)中。

芯片制造是一個(gè)非常復(fù)雜的工業(yè)流程，如果說(shuō)芯片設(shè)計(jì)看重的是工業(yè)軟件，芯片架構(gòu)技術(shù)的話，那么芯片制造就需要對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)有很高的把控要求了。

芯片制造過(guò)程中遇上的光刻、刻蝕、離子注入和清洗工藝等等都有對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體設(shè)備負(fù)責(zé)生產(chǎn)。其中最受矚目的可能就是光刻步驟對(duì)應(yīng)的光刻機(jī)。

因?yàn)閲?guó)際市場(chǎng)的原因，導(dǎo)致很多人關(guān)注到ASML光刻機(jī)的供應(yīng)情況，這家公司的EUV光刻機(jī)不能向大陸客戶出貨，原因大家都明白。雖然光刻機(jī)很重要，但也只是芯片制造過(guò)程中的一部分。

而在其余的半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)一直在努力，并取得了許多進(jìn)展突破。比如至純科技的清洗設(shè)備完成了28nm認(rèn)證，還有中國(guó)電科旗下的離子注入機(jī)實(shí)現(xiàn)全譜系的國(guó)產(chǎn)化突破，可對(duì)應(yīng)28nm制程。

國(guó)外發(fā)展芯片集成電路已有半個(gè)世紀(jì)以上的歷史，英特爾，英偉達(dá)等老牌廠商是各自CPU，GPU領(lǐng)域的鼻祖。

而這些世界領(lǐng)先的巨頭相互扶持，打造行業(yè)超前的半導(dǎo)體設(shè)備。比如ASML生產(chǎn)的EUV光刻機(jī)就是來(lái)自世界各國(guó)頂尖科技的集合，各類領(lǐng)先的半導(dǎo)體設(shè)備均出自國(guó)外供應(yīng)商之手。

作為電子產(chǎn)品中的靈魂部件，芯片的存在如同人的大腦一般將直接決定電子產(chǎn)品的性能和功耗。但是就是如此重要的一大技術(shù)，卻成為了困擾我國(guó)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壁壘，在長(zhǎng)時(shí)間需要依賴進(jìn)口歐美芯片后，使得我國(guó)廠商不僅沒有議價(jià)權(quán)，同時(shí)還會(huì)面臨著卡脖子的情況。

近兩年，接二連三發(fā)生的中興和華為事件，無(wú)一例外都對(duì)我國(guó)龐大的電子產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)敲響警鐘，實(shí)現(xiàn)芯片研發(fā)獨(dú)立自主迫在眉睫。可是，當(dāng)希望變成泡影后，國(guó)人對(duì)于國(guó)產(chǎn)芯片卻有了一種恨鐵不成鋼的想法，但要知道，芯片屬于高精尖產(chǎn)業(yè)，研發(fā)難度和門檻都比較高，想在短時(shí)間內(nèi)獲得技術(shù)上的突破也并非容易之事。

在一般情況下，芯片從研發(fā)到完成涉及到設(shè)計(jì)、制造和封裝，而在這個(gè)過(guò)程中更是涵蓋了上千道工藝，對(duì)精細(xì)化的要求不可謂不高。不過(guò)，在國(guó)家和各行各業(yè)的重視下，當(dāng)前芯片設(shè)計(jì)和封裝基本已經(jīng)不再是難題，真正困擾中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的也成為了制造過(guò)程中不可或缺的設(shè)備。

好在大量的資金和人才注入后，如今中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)也傳來(lái)了2大捷報(bào)，這2大捷報(bào)基本都涉及于芯片制造不可或缺的設(shè)備。第一大捷報(bào)便是，蝕刻機(jī)的研發(fā)成功。根據(jù)媒體在近日的報(bào)道，由中微半導(dǎo)體自主研發(fā)的5nm蝕刻機(jī)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，并成功交付于臺(tái)積電，用于臺(tái)積電5nm芯片生產(chǎn)過(guò)程中。