【机械cax360第340期】根据环球网报道,长江存储从荷兰阿斯麦(ASML)公司订购的一台光刻机已抵达武汉。这台光刻机价值高达7200万美元,约合人民币4.6亿元。高端光刻机是我们攻破芯片核心技术的必要前提条件。
01 光刻机
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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。
高端光刻机号称是世界上最精密的仪器,分辨率通常在十几纳米至几微米之间,堪称现代光学工业之花,制造难度极大,全世界只有少数几家公司能够制造。国外品牌主要以荷兰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。(ASML高端光刻机领域占据了全球90%的市场份额)
光刻机工作原理:在加工芯片的过程中,光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到硅片上,然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图。
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片,线路图的层数越多,也需要更精密的曝光控制过程。
长江存储购买的荷兰ASML光刻机是波长为193nm的深紫外光,采用沉浸式设计,可生产20-14nm工艺的3D NAND闪存晶圆。
固态硬盘是由主控芯片,闪存颗粒和缓存单元组合起来的一块电子集成板。在这三大件中,最核心的技术就是主控芯片了。但是主控芯片此前都是进口,常常面临生产厂商坐地涨价的情况。
随着光刻机的到位,今年四季度,中国首批拥有完全自主知识产权的32层3D NAND闪存芯片有望实现量产。
02 长江存储
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长江存储是2016年由紫光集团与国家集成电路产业投资基金、湖北科投等合资成立的,公司经营范围包括半导体集成电路科技领域内的技术开发;集成电路及相关产品的设计等。长江存储公司是中国高端芯片联盟发起单位之一,被寄望推动中国半导体产业自主研发。
2016年底,世界级的国家存储器基地项目(一期)一号生产和动力厂房在武汉正式开工建设,2017年9月底提前封顶,2018年4月5日首批价值400万美元的精密仪器进场安装。
长江存储拥有完全自主知识产权的32层堆叠3D NAND闪存已经开始试产,不少产业链企业都拿到了样片测试,预计今年第四季度量产。同时,长江存储还在推进64层堆叠3D闪存,力争2019年底实现规模量产,将与世界领先水平差距缩短到2年之内。
03 中芯国际
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中芯国际也花了1.2亿美元从荷兰ASML买来一台EUV极紫外光刻机,未来可用于生产7nm工艺芯片。这也几乎花掉了中芯国际2017年的所有利润,该公司去年的净利润为1.264亿美元。(比长江存储的还高端,EUV极紫外光刻机是顶级设备)
EUV 作为现在最先进的光刻机,是唯一能够生产 7nm 以下制程的设备,因为它发射的光线波长仅为现有设备的十五分之一,能够蚀刻更加精细的半导体电路。从2019年半导体芯片进入 7nm 时代开始(现在我们处于 10nm 时代),EUV 光刻机是绝对的战略性设备,没有它就会寸步难行。
ASML 是世界上唯一一个能够制造 EUV 光刻机的厂商,并且产量极低,所有产能早在生产之前就已经被预订一空。ASML 计划在2018年生产20台 EUV 光刻机,中芯国际的这一台将会在2019年交付。
虽然中芯国际的技术落后三星、台积电两到三代,现在还在 28nm 和 14nm 上挣扎,但是拥有 EUV 光刻机之后,对于中国自主研发半导体技术是有着重大意义的。