安全生活学习-祈安网

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

点击进入授权页面

用百度帐号登录

为什么光刻机巨头出现在荷兰?光刻机的结构和工作原理

2020-5-17 20:13| 发布者: 一生平安| 查看: 496| 评论: 0

摘要: 提到荷兰,人们首先会想到郁金香。郁金香是荷兰的国花,代表着高雅,富贵和能干的精神。而现实中的荷兰是世界最富裕的国家之一,荷兰人口只有1700万,人均GDP高达5.3万美元,位居世界前列。荷兰被称为“欧洲门户 ...

  提到荷兰,人们首先会想到郁金香。郁金香是荷兰的国花,代表着高雅,富贵和能干的精神。而现实中的荷兰是世界最富裕的国家之一,荷兰人口只有1700万,人均GDP高达5.3万美元,位居世界前列。荷兰被称为“欧洲门户”,鹿特丹是欧洲第一大港口,也是世界著名的自由贸易港,荷兰作为欧洲的交通枢纽,交通运输量约占欧盟的1/3。正是由于得天独厚的便利条件,荷兰成为跨国公司设立欧洲总部的主要地区,这一趋势在英国脱离欧盟后更加明显,荷兰也因此成为英国脱欧的最大受益国。
  与德国,瑞典这些传统的欧洲制造强国相比,荷兰的科技产业并没有太多优势。不过荷兰却因为拥有一家芯片光刻设备生产企业-ASML,而成为舆论关注的焦点。EUV光刻设备是芯片生产先进制程的必备工具,而ASML是全球唯一的一家供货商,即便是半导体第一强国-美国也不具备这种生产能力。根据媒体报道,中国企业中芯国际原本向ASML预定了一台这种高端芯片生产设备,由于美国的反对,荷兰已经暂停了EUV光刻机设备的发货。
  一家科技企业成功,背后少不了强大的产业支撑,反映出的是科技实力。那么荷兰的科技实力究竟如何?首先,荷兰虽然是一个小国,不过却不乏许多世界级的工业巨头,包括壳牌,飞利浦,空客集团等。空中客车与波音飞机齐名,旗下还包括防务,航天等众多业务,而其总部就位于荷兰首都阿姆斯特丹。飞利浦曾经培育了ASML和半导体公司NXP,是欧洲最大的电子工业企业,同时也是全球三大磁共振医疗设备巨头之一。应该说,飞利浦的企业文化对ASML早期的成长有很大的促进作用。此外荷兰在汽车零部件,设备制造等领域拥有很强的实力,许多荷兰企业为世界大型制造商提高配套和零部件生产。
  早期光刻机设备市场由日本,欧洲,美国三强瓜分,当时美国也有自己的光刻机生产企业SVGL(硅谷光刻集团),后来被ASML收购,最终生产下来只有ASML一家。ASML之所以出现在荷兰,跟荷兰的创新体系以及文化氛围有很大的关系。荷兰企业普遍对知识产权非常重视,知识产权包括发明专利,品牌以及各种版权,知识产权出口的多少,实际上是各国的科技实力的体现。根据WTO公布的数据,近十年来,全球知识产权使用费出口排名中,荷兰(仅包括五年的数据)达到2392亿美元,仅次于美国和日本,超过英国,法国,德国等欧洲大国。

  荷兰是CD,DVD,WIFI和LED技术的发源地,如今荷兰国内分布着许多科技中心,包括阿姆斯特丹科学园,埃因霍温科技园等,每年孵化出大批初创企业,成为荷兰创新的源泉,荷兰也因此被称为“新硅谷”。
  全球有名气的、有影响力的三大半导体巨头是美国的英特尔、台湾的台积电、韩国的三星,这三大巨头在技术上和业务上是彼此竞争的关系。
  在荷兰,有一家公司,不是这三大半导体巨头的客户,但这三大巨头不光不敢得罪,还要努力讨好。这家荷兰的公司就是阿斯麦(ASML.O),全球唯一一家成功开发EUV光刻机的公司。
  阿斯麦简介
  阿斯麦的总部位于荷兰,于1984年成立,原名Advanced Semiconductor Material Lithography Holding N.V.。1995年阿斯麦在NASDAQ和阿姆斯特丹交易所上市,2001年更名为ASML。公司拥有员工约16500人,其中研发人员超过6000人,研发人员占比超过36%。
  阿斯麦的主要业务是光刻机,在光刻机领域处于绝对领先的地位。在45纳米以下制程的高端光刻机市场中,占据80%以上的市场份额,而在EUV光刻机领域,目前处于绝对垄断地位,市占率为100%,处于独家供货的状态。
  阿斯麦的主要客户为全球一线的晶圆厂,除了英特尔、三星和台积电这三大巨头之外,国内的中芯国际也是阿斯麦的客户。
  最近几年,阿斯麦的营收呈增长态势。2012至2016年,半导体行业发展缓慢,公司的营收增速也有所放缓,增速大概在10%左右。2016年营收67亿欧元,增长8.1%,净利润15亿欧元,增长5.5%。2017年半导体行业还是景气,公司业绩开始增速;2017年前三季,公司营收65亿欧元,同比增长32%,净利润15亿欧元,同比增长56%。预计2017年的营收可以增长25%左右。
  EUV光刻机的王者
  集成电路里的晶体管是通过光刻工艺在晶圆上做出来的,光刻工艺决定了半导体线路的线宽,同时也决定了芯片的性能和功耗。光刻机是半导体行业的最关键设备,因为它决定了光刻工艺的水平。工欲善其事,必先利其器,要想开发先进的半导体制程,就必需要有先进的光刻机。
  阿斯麦的光刻机按照使用的光源不同,可以分为DUV光刻机和EUV光刻机。DUV是Deep
  Ultra Violet,即深紫外光;EUV是Extreme
  Ultra Violet,即极紫外光。
  DUV光刻机的极限工艺节点是28nm,要想开发更先进的制程,就只能使用EUV光刻机了。
  从2012年开始,光刻机技术没有发生革命性变化,著名的摩尔定律开始失效,半导体行业发展缓慢,2015年甚至出现了2.3%的负增长。半导体行业迫切需要使用EUV来提高光刻能力。
  2013年阿斯麦的EUV光刻机研发成功,使用的光源是22nm;2017年更先进的EUV光刻机研成功,使用的光源是13nm,使得7nm线宽的制程可以实现。
  要想开发10纳米以下的制程,EUV光刻机是必须的设备,而全球只有阿斯麦一家有EUV光刻机。为了能够顺利买到EUV光刻机,半导体行业三大巨头英特尔、三星和台积电都已经入股了阿斯麦。三星计划2018年开始使用阿斯麦的EUV设备,台积电计划2019开始使用阿斯麦的EUV设备,格罗方德计划2019年使用EUV,英特尔计划2021开始使用7nm工艺。
  目前,阿斯麦的EUV光刻机已经开始出货,2017年预计出货12台,2018年预计出货24台,到2019年预计出货30台。
  为什么说光刻机很难制作,你真的知道其中原因吗?
  光刻机是芯片制造中必不可少的精密设备。其难度甚至超过航空发动机。
  首先是在技术上的难度:
  光刻机可以说每个部件都是科技含量很高,步步困难重重。
  瓶颈主要集中在透镜、掩膜版、光源、能量控制器等。
  下面简单单介绍光刻机的结构和工作原理:

  光刻机的光源有:激光,紫外光、深紫外光、极紫外光。现在最先进技术是极紫外光。
  下图是以激光为光源的光刻机简易工作原理图:
  在制造芯片时,首先在晶圆(硅晶片)表面涂光感胶,再用光线透过掩模版(相当于芯片电路图纸的底片)照射硅片表面,被光线照射到的光感胶会发生反应。此后用特定溶剂洗去被照射或者未被照射的胶,电路图就印到硅片上。
  此过程相当于木匠施工用墨斗放样、划线。
  硅片上有了电路图的图样后,就轮到刻蚀机登场,刻蚀机相当于木匠的锯子、斧头、凿子、刨子。刻蚀机按图施工,在硅片表面雕刻出晶体管和电路。
  芯片主要是精度要求高。纳米精度是什么概念呢?是我们肉眼无法分辨的,大概相当于一根头发丝的5000分之一纳米细小。

  光刻机几个关键部件:
  光源:必须稳定、高质量地提供指定波长的光束。
  能量控制器:就是电源。电源要稳定、功率要足够大,否则光源发生器没办法稳定工作。大、稳、同时要考虑经济性能。耗电太高,客户就用不起。
  掩膜版:通俗点理解,相当于过去用胶片冲洗照片时的底片。底片如果精度不够,是洗不出来高精度照片的。光刻机施工前,要根据设计好的芯片电路图制作掩膜板。掩膜板材质是石英玻璃,玻璃上有金属铬和感光胶。通过激光在金属铬上绘制电路图。精度要求非常高。
  透镜:用透镜的光学原理,将掩膜版上的电路图按比例缩小,再用光源映射的硅片上。光在多次投射中会产生光学误差。要控制这个误差。精度要求很高。
  就是测量台移动的控制器,也是纳米级精度,要求超高。
  荷兰的ASML公司垄断了高端光刻机。但其透镜来自德国的蔡司,自己也做不了。光源是美国的Cymer。所以说它也不是完全技术独立。主要是技术难度太大。
  其次是资金上的困难:
  光刻机由于技术难度大,研发资金投入巨大,以至于佳能和索尼都亏损严重,已经停止研发,退出未来技术的竞争。
  荷兰的ASML,为了筹集资金,同时也是进行上下游利益捆绑,研发风险共担,邀请英特尔、三星和台积电出资,做自己的大股东。ASML实际上是美、日、韩、德等共同投资的项目,资金充裕。
  中国也在此方面有长期投入,但投入水平和不能和多国合作同日而语。中国有相对宽裕的研发资金,也才是最近7、8年的事情,而光刻机的研发,10年都显然不够。
  我们能不能也参与到荷兰的ASML的研发中呢?是不行的。因为发达国家之间,由美国牵头,搞了个《瓦森纳协定》,专门对中国进行技术禁运,技术封锁的。我们也买不到荷兰的ASML最新的光刻机,更别说参股和技术合作了。
  目前我们还在追赶,量产的是上海微电子的90纳米的,离ASML的10 纳米的差距很大。下一步,随着长春光机所的极紫外光技术的突破,有望冲击22-32纳米的技术。那时荷兰可能进入7纳米时代。虽然和7纳米还有很大差距,但如果能实现,进步也是惊人的。如果能做出量产型,就是世界第二的水平了。

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋

相关阅读

厦门鹭岛网络-361000.net ,翼企魔方,厦门企业邮局,厦门域名注册,虚拟主机,厦门软件定制|厦门网站建设!

申请友链|网址导航|网站导航|小黑屋|扫一下二维码进入手机版|祈安网 ( 闽ICP备06000414号 )

JS of wanmeiff.com and vcpic.com Please keep this copyright information, respect of, thank you!JS of wanmeiff.com and vcpic.com Please keep this copyright information, respect of, thank you!

GMT+8, 2020-7-9 09:38 , Processed in 1.233213 second(s), 33 queries , Gzip On, File On.

请加为QQ好友再交谈

返回顶部