中国半导体光刻设备研究达到了什么水平？

　　晶圆工厂生产芯片，必须将掩膜版上的电路图形转移到硅晶圆片上，这就必然要用到先进的前道光刻机。也可以说，光刻在半导体芯片的制造工艺中，是最为关键的工艺环节。一般地，光刻的水平是高是低，会直接决定芯片的制程工艺和性能是优是差。晶圆工厂在生产芯片的过程中，需要利用光刻机进行20到30次的光刻，所耗用的时间在生产环节中占到一半左右，在芯片的生产成本中占比更是高达三分之一左右。
　　要论中国的光刻机设备在技术上达到了什么样的水平？那就得看国内第一大光刻机制造商上海微电子的光刻设备是怎么个情况了。
　　2002年，上海微电子在上海成立，一直致力于研发并制造半导体设备、泛半导体设备和高端的智能设备，目前的产品已经覆盖芯片前道光刻机、芯片后道封装光刻机、面板前道光刻机、面板后道封装光刻机、检测设备和搬运设备等。上海微电子承接了国家规划的（重大）科技专项，以及02专项＂浸没光刻机关键技术的预研项目＂（通过了国家验收）和＂90nm光刻机样机的研制＂（通过了02专项专家组现场测试）任务。
　　上海微电子的光刻机。
　　荷兰ASML的光刻机，单台价值达1亿美金左右。
　　上海微电子的芯片前道光刻机已经实现了90nm制程，虽然这比起荷兰ASML最先进的EUV极紫外光刻机仍有很大的差距。据业界传言，上海微电子也已经在对65nm制程的前道光刻设备进行研制（目前正在进行整机考核）。光刻机技术到了90nm是一个很关键的台阶，设备制造商一旦迈过90nm的台阶，后面就很容易研制出65nm的光刻设备，之后再对65nm的设备进行升级，就可以研制出45nm的光刻机。业者预估，上海微电子的光刻机设备有望在未来几年内达到45nm的水平。
　　上海微电子的封装光刻机在市场上的占有率就相当的高了，尤其在国内的市场上。上海微电子的后道封装光刻机已经可以满足各类先进的封装工艺，且具备向客户批量供货的能力，还出口到了国外。上海微电子的芯片后道封装光刻机在国内的市占率有80%，在全球的市占率达40%。另外，上海微电子研制并用于LED制造的投影光刻机，在市场上的占有率为20%。
　　最后，我觉得有必要补充一则消息，这也是我最近几天在网络上看到的（尚无法考证该消息的真实性）。该消息有这样一段文字：＂2016年底，华中科技大学国家光电实验室利用双光束在光刻胶上完成了9nm线宽、双线间距低至约50nm的超分辨光刻 。未来如果将这一技术工程化应用到光刻机上，我国就可以突破国外的专利壁垒，直接达到EUV极紫外光刻机的加工水平。＂
　　芯片是一个高度技术化的领域，除了华为基本上没有国产芯片什么事，而在生产芯片必备的光刻机上，国产品牌仍然是落后很多，现在连陪跑都算不上。这就是巨大的差距。
　　目前全球的光刻机市场基本上是荷兰的asml光刻机市场在垄断，基本占据了高端光刻机市场80%的份额，2017年卖出了198台光刻机，最高级别的是euv光刻机，高达1亿欧元的售价。
　　所以，光刻机领域我国还是只能靠进口，而且在2018年前都不能进口荷兰最新的asml光刻机，因为美国不让，直到今年才能直接购买最新的asml光刻机。
　　我国光刻机和荷兰差距巨大，现在荷兰asml光刻机已经可以生产7nm的芯片，而我国的光刻机刚刚实现90nm的芯片光刻机功能，差距太大。至少差了五代的产品。
　　生产我国光刻机，代表光刻机生产最高水平的是上海微电子的前道光刻机，目前可以生产90nm芯片，而正在研发65nm的芯片设计，这样的升级难度比从0到90nm低得多，所以预计很快就可以生产65nm和45nm的芯片了。
　　上海微电子的后道封装光刻机已经在销售和出口了，卖的还不错，这个领域全球市场占有率在40%，所以基础的实力还是有的。你认为中国光刻机能赶得上荷兰先进水平吗？
　　芯片制造的工艺流程很长，光刻是其中最为关键的一步，由上海微电子生产的SSA600/20国产前道光刻机目前还只能达到90nm工艺。
　　虽然半导体第一大设备光刻机中国只能依赖向ASML进口，但值得注意的是，在半导体第二大设备「刻蚀机」上，中国已经达到了世界顶尖的水平。
　　2004年，一直在美国硅谷从事半导体行业，并且曾担任美国应用材料公司副总裁的尹志尧归国创办「中微半导体」，3年后团队研发的7nm刻蚀机开始打破国外垄断的局面。尹志尧的前东家应用材料和科林认为中微侵犯了它们的知识产权并提起诉讼，但中微提供的关键证据证明自己用的并非是另外两家的技术；在中微赢得专利公司以后，美国商业部于2015年发布公告，把等离子刻蚀机从禁售名单中移除。
　　2014年诺贝尔化学奖授予了发明STED方法的斯蒂芬·黑尔教授，表彰他利用生物荧光效应突破光学衍射极限，实现超分辨光学显微成像的卓越贡献。2013年华中科技大学武汉光电国家研究中心甘棕松教授自主研发出具有双光子吸收特性的光刻胶，采用类似STED的原理在光刻胶上实现了突破光学衍射极限的SPIN(Super-resolution Photoinduction-Inhibited Nanolithography )超分辨光刻，最好结果达到单线9纳米线宽，双线间距周期52纳米。
　　甘棕松教授发明的SPIN超分辨光刻技术利用自主研发光刻胶的双光子吸收特性，采用与获诺贝尔奖STED方法同出一辙的二束激光完成光刻加工：一束为飞秒脉冲激光，经过扩束整形进入到物镜，聚焦成一个很小的光斑。光刻胶通过双光子过程吸收该飞秒光的能量，发生光物理化学反应引发光刻胶发生固化。另外一束为连续激光，同样经过扩束整形后，进入到同一个物镜里，聚焦形成一个中心为零的空心状光斑，与飞秒激光光斑的中心空间重合，光刻胶吸收该连续光的能量，发生光物理化学反应，阻止光刻胶发生固化。两束光同时作用，最终只有连续光空心光斑中心部位的光刻胶被固化。空心光斑中心部位最小做到9nm，光刻胶固化的线宽就能达到9nm，双线间距周期52nm，从而实现突破光学衍射极限的SPIN超分辨光刻加工。
　　SPIN超分辨光刻技术应用到集成电路步进扫描光刻机可以带来几个方面的好处：一方面实现更高的分辨率，最小线宽达到9nm，最小间距周期52nm，成倍提高光刻机的技术性能，媲美EUV光刻机。另外一方面系统光源采用可见光，可以穿透普通的光学材料，光路设计相对简单，现有技术就能实现。再者，与动辄几千万美元的DUV主流光刻机乃至一亿多美元售价的EUV光刻机相比，主要光源是一台可见光飞秒激光器和一台连续光激光器，总体制造成本只是主流DUV光刻机的几分之一。
　　2002年林本坚提出浸没式光刻设想，2007年ASML与台积电共同开发出ArFi浸没式光刻机，一举奠定ASML在光刻领域的龙头地位。SPIN光刻与浸没式光刻一样具有划时代意义，开展SPIN技术步进扫描光刻机的工程研发，希望能在光刻机高端领域弯道超车、有所突破。
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　　中国的半导体光刻设备研究处于什么阶段，国内研究的多，有几家的芯片正在量产使用，清华紫光，阿里，小米，华为，都还不错，还有一家叫中天微的公司也很好，昨天才被阿里全资收购，以整合资源。总体来说，中国半导体研究处于小学往初中升学阶段吧。这个半导体好研究，但光刻设备制造就很难了，正在摸索期吧。
　　我国微电子行业是一个自由发展的行业。因此是小而散，在全产业链上参差不齐。有好有坏，形成不了综合优势。如芯片制造，蚀刻机较好，光刻机落后，光刻机中，EUⅤ较好，运动精度不够。只要组建全产业链的微电子大型企业集团，整合和调动各种资源，就能短期达并跑阶段。航发集团的经验可以借鉴。
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　　【我国半导体光刻机设备研究达到了什么水平？什么时候能够媲美AMSL吗？】
　　我们一直在猜测，到底我国的光刻机设备，现在达到了什么水平？是不是能够媲美荷兰的ASML呢？实际上，我们确实有点多想了，虽然说我国的光刻机技术在不断的进步，但是确实离ASML有一段不小的距离。
　　为何我国光刻机发展缓慢呢？
　　一方面，我们知道的是，在光刻机中，实际上是容纳了将近80000多个零部件，在这里面包括了高纯度化学试剂、高密度封装基板、电子气体、离子注入机、晶圆划片机、气相外延炉、磁控溅射台等等。你可以想象这些内容包括众多的零部件，对于我们来说，实际上有着极其重要的结果，因为这是来自世界各地，因此我们确实缺乏零部件的供给。
　　另一方面，我们必须要知道的是。因为瓦纳森协议，我们在技术方面确实会缺少西方国家的技术支持，特别是以美国为首的西方国家，让我们在技术方面，特别是在半导体技术方面缺乏很多重要的技术共享。
　　实际上，ASML的成功不是一蹴而就的，它的很多技术包括专利，其实把握在美国人手中。在这种情况下，对于我国来说，发展光刻机技术确实充满了挑战。
　　但是，我们必须要看到的是，虽然我们现在量产的是90nm工艺制程，但是我们必须要知道，上海微电子已经宣布成功研发出22nm的光刻机，借助紫外线光源实现22nm分辨率，对于我国的光刻机技术，确实有了十足的提升。
　　我们必定会打破束缚，真正的走上一条，弯道超车的路。
　　在芯片制造中，需用到两种设备，一种是光刻机，一种是刻蚀机，很多人都将这两种设备搞混了，以为就是一种，但其实是完全不同的设备。
　　光刻机是指用光做介质，在硅晶圆上，刻画出电路来，这种设备难度大很多。
　　而刻蚀机是光刻后的另一道工序，是在光刻机刻画过的硅晶圆上，把没有刻画的部分，去除掉，只保留住光刻机刻画过的部分，介质可以是液体，也可以是光。
　　可见，这两种设备作用其实是有点相反的，一种是刻画，一种是腐蚀的意思，完全不一样的，大家不要混到一起了。
　　目前的刻蚀机技术，中国处于世界领先水平，中微半导体生产的刻蚀机可以使用在5nm的芯片制造中，属于最领先的企业之一了，从技术上来看并没有落后。
　　当然从市场上来看，就落后了，中微半导体最多占5%的份额，另外美国和日本的厂商占了90%以上的份额。
　　但光刻机就不一样了，ASML的极紫外光刻机，也就是EUV光刻机，可用于5nm芯片的生产制造。
　　而中国最先进的光刻机生产厂商是上海微电子(SMEE)，目前他们能够生产的的最高端的光刻机还只能用于90nm芯片的制造，从90nm到5nm，这中间的差距有多大？至少是10年吧。毕竟10年前ASML就已经不只是在生产90nm的光刻机了。
　　中芯发力，阿里加油，紫光寒武纪们献计献策，华为小米携手助威。中国的芯片必将厚积薄发，咸鱼翻身，大有作为。在世界上，凡是被中国人盯上的技术，牵心的设备。没有中国人搞不成的事。或多或少，只是个时间问题。