尼康在光刻機(jī)跌了跟頭 給中國企業(yè)帶來什么啟示？

　　9月份的時候，蘋果發(fā)布會上A14仿生芯片意外亮相，作為業(yè)界首款5nm制程的AI芯片，封裝集成了118億顆晶體管，而十月下旬華為發(fā)布的Mate40 Pro系列搭載的麒麟9000 5G Soc芯片晶體管更是高達(dá)153億顆，整整比A14多容納了三分之一的晶體管數(shù)量。為什么現(xiàn)在的芯片制程可以隨便達(dá)到如此巨量的地步，其中的功勞都要歸功于半導(dǎo)體行業(yè)的光刻機(jī)。

　　半導(dǎo)體集成電路的明珠

　　作為半導(dǎo)體集成行業(yè)的利器，光刻機(jī)的技術(shù)決定著整個行業(yè)的發(fā)展與未來!

　　光刻機(jī)根據(jù)其工作原理，可分為照明系統(tǒng)單元(IU)、掩膜板(Mask)硅片Scaner Stage、Lens Project投影系統(tǒng)、Auto Align對位系統(tǒng)、減震系統(tǒng)、環(huán)境溫濕度循環(huán)系統(tǒng)等單元構(gòu)成。

　　目前行業(yè)內(nèi)的一臺EUV極紫外高端光刻機(jī)僅僅是單價就可達(dá)數(shù)億美金，其中光是精密零部件數(shù)量就高達(dá)上萬，這里面涉及到的學(xué)科之多，包含了數(shù)學(xué)學(xué)、光學(xué)、流體力學(xué)、自動化、高分子物化、圖像識別處理等，可以說是集全球之大成，我們稱之為半導(dǎo)體集成電路的明珠并不為過!

　　千分之一頭發(fā)絲粗細(xì)的極限工藝

　　在半導(dǎo)體集成行業(yè)，通常面板(FPD)光刻機(jī)工藝精度可以達(dá)到微米級，而晶圓芯片行業(yè)生產(chǎn)工藝的精度更是精細(xì)到nm級。這種精度非要形容的話，幾乎是一千分之一頭發(fā)絲大小。

　　因此在晶圓的光刻制程過程中，設(shè)備不論是光學(xué)系統(tǒng)的投影成像或是工藝掃描過程中的對位補償?shù)鹊�，這些都是需要設(shè)備在硬件和軟件算法上有極高調(diào)配能力。

　　就目前僅有的技術(shù)而言，沒有光刻機(jī)技術(shù)，就沒有芯片。

　　現(xiàn)代工業(yè)的“石油”

　　自二十一世紀(jì)的以來，國內(nèi)的最大的商品進(jìn)口項目逐漸由石油原油轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有酒�，而芯片也常常被稱為現(xiàn)代工業(yè)的“石油”。

　　據(jù)統(tǒng)計，光是在2018年國內(nèi)對芯片的進(jìn)口金額已高達(dá)3000多億美元，占了全球一半以上的芯片消費量。

　　國內(nèi)在半導(dǎo)體集成行業(yè)上國產(chǎn)環(huán)節(jié)薄弱，極度依賴進(jìn)口。這些足以說明，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的匱乏。

　　現(xiàn)象的背后是技術(shù)土壤的貧瘠

　　芯片之小，其制程已到納米，非人眼可識別的地步。正是這小小的一塊硅片，方寸間凝聚了現(xiàn)代信息集成電路的智慧結(jié)晶。

　　作為電子設(shè)備的心臟，芯片晶圓行業(yè)一直是國內(nèi)的痛楚。也難怪，上世紀(jì)七八十年代左右，西方世界對國內(nèi)全面技術(shù)封鎖的我們還被迫自主創(chuàng)新，到90年代市場開放后就開始以技術(shù)引入為主，漸漸的就失去了原有的創(chuàng)造力。

　　就目前非但國外《瓦森納協(xié)議》限制高精尖技術(shù)流入中國，國內(nèi)部分企業(yè)已陷入低水平重復(fù)建設(shè)、購買淘汰產(chǎn)線設(shè)備等爛尾潮流。

　　這種亂象背后，急需撥亂反正。

　　技術(shù)研究需要專注 更需要開放創(chuàng)新

　　早在上世紀(jì)90年代的時候，ASML還只是名不見經(jīng)傳剛從飛利浦分離出來的小公司，而日本尼康、佳能兩大公司分食著全球光刻機(jī)行業(yè)大半的市場。

　　在2000年之前的十多個年頭，光刻機(jī)領(lǐng)域幾乎可以說是尼康精機(jī)的后花園，而ASML連百分之十的市場占有率都很勉強。

　　而在這一期間，光刻機(jī)技術(shù)隨著摩爾定律的發(fā)展也遇到了瓶頸，那就是怎么改進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)光刻光源波長由193n m氟化氬激光縮短到157n m。(這里單獨解釋一下，宏觀上通常光學(xué)系統(tǒng)中的光源波長越小，光學(xué)系統(tǒng)的成像分辨率會更高，而光刻機(jī)中的微影技術(shù)也可以獲得更精細(xì)的制程能力)

　　就在整個半導(dǎo)體業(yè)界人士集體往157n m光源的“南墻”上撞的時候，時任臺積電的林本堅研發(fā)團(tuán)隊則向ASML展示了獨具創(chuàng)新的“浸潤式”光刻方案。其大致原理也就是將光刻機(jī)光學(xué)投影系統(tǒng)模組間透鏡與硅片之間的傳播介質(zhì)由空氣替代為具有更高折射率的水。這樣一來，根據(jù)水的折射率約1.4，可大致推算出193n m波長等效縮短為132n m，這樣就可以輕松得到波長更短的光源。

　　這項方案在當(dāng)時優(yōu)勢非常明顯，原因有二：其一，由于是利用現(xiàn)有的成熟光刻技術(shù)進(jìn)行改造，因此研發(fā)資金投入相對較少，對于半導(dǎo)體設(shè)備制造商和晶圓芯片制造商都是不小的成本降低;其二，針對這種“浸潤式”技術(shù)，傳播介質(zhì)不僅僅可以是水，還能替代為其他具有更高折射率的液體，這對于光刻機(jī)解像分辨率的提升十分有效。

　　其實林博士很早就提出過這種方案，但當(dāng)時干式微影技術(shù)這一方向由于未觸碰到波長天花板，大家也是屢試不爽，因此根本就沒在意這項創(chuàng)新技術(shù)。

　　最終在十多年后，林本堅博士在荷蘭阿斯邁爾找到了知音，同時也得到了摩爾定律的堅定擁護(hù)者—老牌半導(dǎo)體廠商英特爾的埋單。隨后一拍即合，在2004年，研發(fā)誕生了全球第一臺浸潤式微影光刻機(jī)。

　　雖然尼康也不甘示弱，硬著頭皮研制出來全新的干式微影技術(shù)以此實現(xiàn)157n m制程能力。但是和132n m的浸潤式相比，前者幾乎為技術(shù)首創(chuàng)，而后者則在以前成熟技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，因此阿斯邁爾自此在光刻機(jī)市場大受青睞，而尼康從這個技術(shù)分水嶺后一蹶不振。

　　隨后的EUV極紫外高端光刻機(jī)研發(fā)歷程中，尼康更是小角色都沒得當(dāng)，直接被美國技術(shù)限制拒之于高端光刻機(jī)門外。

　　正是由于對新技術(shù)的準(zhǔn)確判斷與把握，加上各項前沿技術(shù)的不斷容納嘗試，ASML也一舉成為當(dāng)今半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)的一大霸主。

　　光刻機(jī)作為半導(dǎo)體行業(yè)的重要推手，代表著整個上游產(chǎn)業(yè)鏈的門檻，國內(nèi)半導(dǎo)體如要擺脫目前這種困境，則須借助十三五規(guī)劃的春風(fēng)打破國外企業(yè)早期建立的技術(shù)壁壘。

　　在科技領(lǐng)域，要想真正強大，必須要提升自己的硬實力。曾經(jīng)的好高騖遠(yuǎn)，都應(yīng)該在這次華為制裁事件中，安穩(wěn)落地，踏踏實實砥礪前行才是王道。

　　技術(shù)需要專注，更需要開放創(chuàng)新。