光刻是大規(guī)模集成電路芯片制備的核心工藝環(huán)節(jié)，其中，EUV光刻機(jī)是服務(wù)于7nm 以下制程芯片的設(shè)備。生產(chǎn)EUV光刻機(jī)的技術(shù)壁壘極高，除了光刻機(jī)結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)外，其零部件工藝也是目前光學(xué)以及精密機(jī)械領(lǐng)域的極限水平。目前EUV光刻的產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)全球頂端供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)，德國(guó)的光學(xué)鏡頭、英國(guó)的真空設(shè)備、美國(guó)的激光光源、日本的光刻膠等國(guó)際尖端技術(shù)，組成了整個(gè)EUV光刻機(jī)制造的產(chǎn)業(yè)鏈條。

目前全球僅有荷蘭ASML公司具有EUV光刻機(jī)的生產(chǎn)能力，主要是因?yàn)楹商m在歐洲所處的貿(mào)易環(huán)境，以及歐盟國(guó)家具有的相關(guān)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，再加上該公司自身出色的設(shè)計(jì)能力，使其壟斷了EUV光刻機(jī)的國(guó)際市場(chǎng)。

制造先進(jìn)光刻機(jī)，比造原子彈還要難？

十多年來，ASML一直都占據(jù)著全球第一的位置，而ASML的總裁也曾表示，即使他們將EUV光刻機(jī)制造的圖紙公開，也沒有一家公司可以順利制造出來。

EUV光刻機(jī)，這臺(tái)比原子彈還難造的機(jī)器，單臺(tái)售價(jià)超過1.2億美元，雖然價(jià)格高昂，卻依舊供不應(yīng)求，甚至有些國(guó)家就算出價(jià)再高也買不到。

一臺(tái)頂級(jí)的EUV光刻機(jī)重達(dá)180噸，包含大約10萬個(gè)零部件，全球供應(yīng)商超過5000家，需要40個(gè)集裝箱運(yùn)輸。即使你購(gòu)買到了ASML的EUV光刻機(jī)，如果沒有他們的幫助，你也無法正常安裝使用，整個(gè)光刻機(jī)設(shè)備的安裝調(diào)試就需要一年時(shí)間。

雖然ASML是一家荷蘭公司，但它的背后卻有著歐盟及美國(guó)的力量，很多關(guān)鍵技術(shù)都是由美國(guó)及歐盟國(guó)家提供的。一臺(tái)頂尖EUV光刻機(jī)的零部件中，美國(guó)光源占27%、荷蘭腔體和英國(guó)真空占32%、日本材料占27%、德國(guó)光學(xué)系統(tǒng)占14%，它是全世界頂尖技術(shù)的結(jié)晶。

目前中國(guó)的光刻機(jī)領(lǐng)域還處于初步發(fā)展階段，上海微電子已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)90nm光刻機(jī)量產(chǎn)。但是90nm之后，還有65nm、45nm、32nm、22nm、14nm、10nm、7nm、5nm，這些節(jié)點(diǎn)技術(shù)一步一個(gè)坎，有些坎幾年都未必能更新出一代。萬里長(zhǎng)征才開始第一步。


日企突破5nm芯片制造設(shè)備，或?qū)⒔鉀Q中企“EUV光刻機(jī)”供應(yīng)問題

在不斷升級(jí)的芯片規(guī)則下，中企在半導(dǎo)體領(lǐng)域舉步維艱，每一項(xiàng)技術(shù)都要實(shí)現(xiàn)自主化，否則隨時(shí)都有被斷供的可能性，無法很好的聯(lián)動(dòng)國(guó)際供應(yīng)鏈，導(dǎo)致無法突破先進(jìn)工藝制造瓶頸。

而真正“卡住”國(guó)內(nèi)企業(yè)的是光刻技術(shù)，目前就連DUV光刻機(jī)都要高度依賴于ASML，而最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)更是被限制進(jìn)口，這也出現(xiàn)了兩極分化的狀態(tài)，在芯片設(shè)計(jì)上已經(jīng)突破了5nm水準(zhǔn)，但在制程工藝上僅為14nm。

ASML被老美施壓斷供DUV光刻機(jī)，但卻以強(qiáng)硬的拒絕了，顯然已經(jīng)嗅到了“危險(xiǎn)信號(hào)”，日企佳能開建全新的光刻機(jī)產(chǎn)能，宣稱已經(jīng)突破了5nm芯片的制造技術(shù)，中企的“EUV光刻機(jī)”供應(yīng)問題能解決了？

在相關(guān)限制啟動(dòng)的三年時(shí)間里，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迎來了飛速發(fā)展，全產(chǎn)業(yè)鏈的配套技術(shù)，都有相應(yīng)的企業(yè)在研發(fā)，只要國(guó)產(chǎn)的光刻機(jī)能夠到位，就能夠?qū)崿F(xiàn)14nm以上的產(chǎn)能自主化，在見到這樣的情境之后，老美也徹底開始著急了。

對(duì)于現(xiàn)階段的處境而言，想要期待老美放開EUV光刻機(jī)的限制，可以說基本上不可能，因此擺在我們面前的只有兩條路，要么自研自產(chǎn)高端的光刻機(jī)，要么就得尋找不含美技術(shù)的廠商。

目前國(guó)內(nèi)僅能實(shí)現(xiàn)90nm光刻機(jī)的量產(chǎn)，如果按照ASML的老路走的話，沒有國(guó)際供應(yīng)鏈的支持，想要突破到滿足7nm以下芯片制造的光刻設(shè)備，就算能夠?qū)崿F(xiàn)也需要很長(zhǎng)的時(shí)間，相對(duì)而言第二種就比較容易實(shí)現(xiàn)，而日企佳能就給我們帶來了好消息。

日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也曾盛極一時(shí)，當(dāng)時(shí)的美企和日企根本就不在同一個(gè)層次上，但也正因?yàn)槿绱嗽獾搅死厦赖拇驂海m然如今自主化產(chǎn)能僅維持在30nm左右，但良好的技術(shù)底蘊(yùn)還在，佳能、尼康更是被稱之為“光刻機(jī)鼻祖”，這幾個(gè)字眼就足以說明一切了。

就在近日外媒傳出了消息，日企佳能的光刻機(jī)新工廠已經(jīng)開建，正式投產(chǎn)之后將會(huì)誕生低成本的先進(jìn)芯片制造設(shè)備，很有可能就是2021款的納米壓印光刻機(jī)的升級(jí)版，能夠突破到14nm線寬的分辨率，足以滿足納米芯片的生產(chǎn)需求。

而目前ASML的EUV光刻機(jī)，也差不多就這樣的水平，要生產(chǎn)5nm以下的芯片，就需要依靠新一代的NA EUV光刻機(jī)，才能達(dá)成更好的效果，因此這次佳能的突破，相當(dāng)于已經(jīng)打破了ASML對(duì)于EUV光刻機(jī)的壟斷。

目前在成熟工藝上，國(guó)內(nèi)基本能夠?qū)崿F(xiàn)自給自足了，但在先進(jìn)工藝上，依然要依賴于美企的進(jìn)口，如果佳能的新型的光刻機(jī)能夠出口，這方面的顧慮也就迎刃而解了，那究竟日企的先進(jìn)設(shè)備，能夠正常的出貨到中國(guó)市場(chǎng)呢？


EUV技術(shù)未來的市場(chǎng)前景和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

EUV光刻機(jī)并不是應(yīng)用消費(fèi)產(chǎn)品，作為高端制造設(shè)備，其實(shí)際的市場(chǎng)并不會(huì)很大。ASML預(yù)計(jì)今年EUV設(shè)備出貨量有望達(dá)到50臺(tái)，雖然絕對(duì)數(shù)量有限，但是因?yàn)楦郊又蹈撸罱K的產(chǎn)值會(huì)非常可觀。隨著芯片在各領(lǐng)域的大量使用，芯片制造也成為一個(gè)重要的增長(zhǎng)點(diǎn)，因此目前ASML的產(chǎn)能還不能滿足市場(chǎng)需求。

EUV光刻機(jī)投入使用后，又大量催生了EUV曝光設(shè)備的需求。就目前的訂單數(shù)據(jù)顯示，2025年之前的EUV光刻機(jī)需求將逐年創(chuàng)下新紀(jì)錄。隨著芯片制程工藝的提升，臺(tái)積電和三星已采購(gòu)大量EUV光刻機(jī)，存儲(chǔ)芯片制造商SK海力士也已開始采用EUV光刻機(jī)，未來5年也將大幅增加采購(gòu)量，美光科技也計(jì)劃在2024年開始使用EUV設(shè)備。相關(guān)芯片生廠商將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)高端芯片的下游市場(chǎng)活力，進(jìn)而使得EUV技術(shù)的市場(chǎng)前景看好。

關(guān)于EUV光刻機(jī)未來的發(fā)展方向，當(dāng)前ASML正在探尋NA從0.33向0.55推進(jìn)，預(yù)計(jì)2025年后能夠進(jìn)入量產(chǎn)，對(duì) 1.5nm及1nm邏輯制程工藝提供支撐，并有望在目前最先進(jìn)的DRAM制程中得到應(yīng)用。對(duì)于0.55 NA的光刻機(jī)而言，僅僅是光刻機(jī)系統(tǒng)的更新是不夠的。作為一個(gè)高協(xié)調(diào)性的復(fù)雜光學(xué)設(shè)備，光刻機(jī)中的任何一個(gè)部件變動(dòng)都需要進(jìn)行整體性的設(shè)計(jì)改良，因此為了配合0.55鏡頭的升級(jí)，光掩模、光刻膠疊層和圖案轉(zhuǎn)移工藝等方面也需要進(jìn)行優(yōu)化，從而確保整個(gè)光刻機(jī)的性能。

另外，EUV 光刻膠的研發(fā)也一直是系統(tǒng)關(guān)注的問題，金屬氧化物納米顆粒型光刻膠的研制，是目前極紫外光刻工藝流程中最受關(guān)注的一個(gè)方向。利用金屬團(tuán)簇核心對(duì)極紫外光的高吸收率，以及后續(xù)刻蝕過程中的強(qiáng)抗刻蝕性，這種材料非常適合的紫外光刻。解決該類光刻膠的均勻性問題，待制備工藝成熟后將成為EUV光刻的優(yōu)選光刻膠。

三維掩模成像的研究也是目前EUV技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。結(jié)合大NA透鏡的結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性，需要對(duì)掩膜版材料進(jìn)行優(yōu)化。由于大NA透鏡使得光線輻照角度變大，這需要對(duì)掩膜吸收層的厚度進(jìn)行重新優(yōu)化，確保照明光路的正常。發(fā)展更高效的設(shè)計(jì)算法，推動(dòng)計(jì)算光刻技術(shù)的發(fā)展也將對(duì)EUV整體工藝技術(shù)的發(fā)展起到推進(jìn)作用。