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)化是一個全球頂端供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)，德國的光學(xué)鏡頭、英國的真空設(shè)備、美國的激光光源、日本的光刻膠等國際尖端技術(shù)，組成了整個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，以及歐盟國家具有的相關(guān)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，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)的國際市場。

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

一臺頂級的EUV光刻機(jī)重達(dá)180噸，包含大約10萬個零部件，全球供應(yīng)商超過5000家，需要40個集裝箱運(yùn)輸。即使你購買到了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的力量，很多關(guān)鍵技術(shù)都是由美國及歐盟國家提供的。一臺頂尖EUV光刻機(jī)的零部件中，美國光源占27%、荷蘭腔體和英國真空占32%、日本材料占27%、德國光學(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)一步一個坎，有些坎幾年都未必能更新出一代。萬里長征才開始第一步。


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)動國際供應(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”，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)限制啟動的三年時(shí)間里，中國半導(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)也需要很長的時(shí)間，相對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對于EUV光刻機(jī)的壟斷。

目前在成熟工藝上，國內(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市場呢？


EUV技術(shù)未來的市場前景和技術(shù)發(fā)展趨勢

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)際的市場并不會很大。ASML預(yù)計(jì)今年EUV設(shè)備出貨量有望達(dá)到50臺，雖然絕對數(shù)量有限，但是因?yàn)楦郊又蹈?，最終的產(chǎn)值會非?？捎^。隨著芯片在各領(lǐng)域的大量使用，芯片制造也成為一個重要的增長點(diǎn)，因此目前ASML的產(chǎn)能還不能滿足市場需求。

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，臺積電和三星已采購大量EUV光刻機(jī)，存儲芯片制造商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)芯片生廠商將會進(jìn)一步推動高端芯片的下游市場活力，進(jìn)而使得EUV技術(shù)的市場前景看好。

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 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)中的任何一個部件變動都需要進(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，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)注的一個方向。利用金屬團(tuán)簇核心對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，推動計(jì)算光刻技術(shù)的發(fā)展也將對EUV整體工藝技術(shù)的發(fā)展起到推進(jìn)作用。