上海微电子(SMEE) 做为国内拥有最先进的光刻机设计制造技术厂商,目前能达到的最高工艺节点(tech node) 是90nm 。90nm是什么概念呢?大致相当于2004年2月年英特尔的奔腾4,当时最强的Prescott架构3.8Ghz就是用的90nm光刻,也是那个时代晶圆厂最好的工艺代表 。另外同期同制程节点的还有索尼Playstation2的处理器、IBM PowerPC G5、英伟达的GeForce8800 GTS等 。当然实际光刻能力,涉及到晶圆厂的制造能力,最终会有不同 。虽然光刻工艺只是芯片制造的上千道工艺中的一部分,但确实最关键的,光刻精度不够,后面任何步骤设计都会产生大量的偏移和失效 。这在国际上,算是第四名,因为没有第五第六名 。
文章稍微有些难度,但请看完并将问题放到评论区,我会尽力解答 。
光刻基本原理图解:光刻胶会根据光罩所绘制的图形被UV射线照射下留下对应的图形形状
晶圆片放大后可以看到一个一个的die排列,die内部是层层叠叠的电路,这些电路就先由光刻开始来制造
而这台SSX600系列的90nm光刻机,大约是在2007年研发成功,真正上市时间未知 。时至今日,上海微电子的主流产品还停留在前道90nm以及后端光刻系列 。后端光刻主要用于先进封装形式,也就是晶圆级封装(WLP)及Bumping为主,对光刻精细度要求没有可比性,拜托有的人就不要把封测那边甚至是MEMS、液晶面板光刻的市场份额拿出来说了,完全两个世界 。前道光刻才是真正的地狱难度 。
所谓IC前道光刻机90nm系列
那90nm的光刻机在2021年的今天,还能做什么?我们可以看看下面这个图:,55-90nm仅剩9%的产能,逻辑芯片(比如CIS,驱动芯片、控制芯片等)、e-Flash和DAO(电源类分立器件芯片,结构最为简单)为主 。也就是说基本上不会是西方卡脖子的类别,器件设计上构造简单的芯片 。
全球晶圆制造产能vs.技术节点占比
导致国产光刻机一直没用进步的原因有很多 。实际上国家进行相关立项是非常早的,也不仅仅是一家公司一个研究机构进入项目 。可无奈高端光刻机的大部分核心零部件,我们没有能力设计制造,导致一进口就被禁运 。当然,我们的设备厂商、半导体材料研究机构、晶圆厂,都在积极寻求和国外机构、企业的合作,以达到研发和其他资源上的共赢,并规避一部分境外的技术、材料、部件的限制 。只是离高端制程节点越近,这样的限制就卡得越紧 。(大家可以查一下IMEC这个比利时的研究机构,他们在上海也有分店 。)
我们可以先看看一台光刻机的主要组成部分有哪些:
- 光学成像系统(制造更短的波长满足瑞利准则CD = k1?? λ / NA)
- 光路与激光系统 (决定不同的光源和发射方式)
我国大部分商用级的激光研发都在光电,精度级别也有差异
- 镜头与对焦系统 (复杂的纳米级光学成像系统)
EUV光刻机内部大概是这样的
- 机械、自动化部分 (所谓超精密型自动化系统,感应精度要达到每秒两万次位置检测,每次位移小于一个硅原子的尺寸——60皮米 。什么概念?你要开着高达在一根头发上刻自己名字)
感应器要检测图中黑色晶圆片上每一个die内部的电路之间光刻的完成情况,而且是每秒几万次
量测系统(光学、e-beam、In-Scanner以及Pattern Fidelity,这也不是简单的部分,在晶圆厂里面有专门一个部门叫Metrology进行这项工作,比如e-beam就需要单独一个机台产生电子束并生成图像,In-Scanner则是亚纳米级——小于1纳米的尺寸精度)
光学检测机台
e-Beam有专门的系统来负责
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