國產套刻8nm光刻機引爭議我們追趕對象真的是ASML嗎?
日前,工信部印發的《首台(套)重大技術裝備推廣應用指導目錄(2024年版)》(以下簡稱「目錄」)中顯示,中國已攻克氟化氬光刻機,其中該目錄中,公開可見的與光刻機世代水平和性能等密切相關的光源193奈米,分辨率≤65nm,套刻≤8nm指標引發了業界的關注。
日前,工信部印發的《首台(套)重大技術裝備推廣應用指導目錄(2024年版)》(以下簡稱「目錄」)中顯示,中國已攻克氟化氬光刻機,其中該目錄中,公開可見的與光刻機世代水平和性能等密切相關的光源193奈米,分辨率≤65nm,套刻≤8nm指標引發了業界的關注。
幾乎同時,上海微電子揭露了一項名為「極紫外線輻射發生裝置及微影設備」的發明專利。兩則消息湊在一起,某些媒體和所謂大V們據稱撰文稱,該設備可以用於生產8奈米及以下製程的晶片製造,甚至EUV光刻機的推出也是指日可待。於是乎又一波中國透過自主創新,突破封鎖的情緒開始蔓延。
事實究竟如何?
差距15-20年,ASML領先太多
針對我們開頭所說的情緒蔓延,也有不乏理性的媒體和業內人士,從客觀真實的角度分析了我們這個所謂的氟化氬光刻機可能具備的真實代際水平和性能(註:我們之所以使用“可能”,是因為目錄中披露的資訊相當不完整,例如關鍵的NA數值孔徑、產能等),這裡我們不再贅述,有興趣的讀者可以自行搜尋(如果有幸還能找到的話,不過我們強烈推薦微信公眾號「梓豪談芯」中相關的原文文章)。
我們這裡只是簡單說下人家得出的結論。此次國產套刻指標≤8nm的氟化氬光刻機,實際製程約55nm,技術水準僅相當於ASML於2015年第二季出貨的TWINSCAN XT 1460K,甚至部分關鍵指標不如ASML 2006年推出的乾式DUV光刻機XT 1450,所以整體差距在15—20年。
對標有失偏頗,曝出尼康NSR-S636E狠角色
曾幾何時,我們在光刻機領域,始終將ASML作為主要的追趕對象,包括此次目錄中引發爭議的套刻指標≤8nm的氟化氬光刻機,業內也都是將其與ASML類似的機型作為對比(目的是為了推斷出咱們這款光刻機的實際水平),例如我們之前提及的ASML於2015年第二季度出貨的TWINSCAN XT 1460K,也有的將其與ASML的TWINSCAN NXT 1980Fi對比,例如知名的《南華早報》。
從客觀的角度來看,我們認為《南華早報》的這個對比有失偏頗,畢竟TWINSCAN NXT 1980Fi採用的是浸沒式,而業內可以確認的是,我們的套刻≤8nm氟化氬光刻機採用的依然是乾式。
不要小看這文字上的差異,其實相較於傳統的干法光刻,浸潤式光刻利用液體浸潤光刻膠層,能夠在光刻過程中更好地處理表面不平整和凹凸不平的結構。這種工藝能夠提高解析度和過程的一致性。
由此看,TWINSCAN NXT 1980Fi與我們的套刻≤8nm氟化氬光刻機在製造方法上(根據光源分類)存在著質的差異,放在一起比較有失公允,畢竟從光刻機製造的演進路徑,浸潤式微影全面領先乾式微影理所當然。
不過話又說回來,實際上接近TWINSCAN XT 1460K的水平(採用的是乾式),但《南華早報》將套刻≤8nm氟化氬光刻機與TWINSCAN NXT 1980Fi放在一起,也許是想讓人們誤認為是同一水平,只是個別指標的差異吧。
為了方便理解,這裡我們簡單介紹下光刻機以光源劃分的光刻機所製造的演進路徑。
根據所用光源分類,光刻機經歷了5代產品發展。
- 第一代為g線型,屬於可見光源,原為接觸接近式光刻機,使用光源為436nm的g-line,對應800-250nm製程;
- 第二代為i線型,屬於紫外線光源(UV),最初為接觸接近式微影機,使用光源為365nm的i-line,對應800-250nm製程;
- 第三代為KrF型,屬於深紫外光源(DUV),初代為掃描投影式微影機,採用248n的KrF光源,對應180-130nm製程;
- 第四代為ArF型,屬於深紫外光源(DUV),採用193nm的ArF光源,分為步進掃描投影式微影機(乾式)與浸沒式步進掃描投影式微影機(濕式),分別對應130-65nm和45-7nm製程(38nm以下開始使用多重曝光製程);
- 第五代為EUV型(極紫外線),為步進掃描投影式微影機,採用13.5nm的EUV光源,對應7-3nm製程。
需要說明的是,為了進一步提升分辨率,未來的光刻技術將採用高數值孔徑(High-NA)EUV光刻機。這種技術透過提高光學系統的數值孔徑來實現更高的分辨率,從而滿足更小技術節點的需求。而在今年1月,ASML首台High-NA EUV光刻機的主要組件抵達英特爾,隨後在3月初,英特爾分享了一段視頻,展示了在英特爾位於美國俄勒岡州的D1X工廠內,ASML工程團隊安裝調試的部分畫面。
回到咱們的套刻≤8nm氟化氬光刻機,還是《南華早報》的那張對比圖,我們意外發現了尼康浸潤式ArF光刻機NSR-S636E的身影。而實話實說,要不是《南華早報》的那張對比圖,我們真的是不會想到尼康的,儘管在當下的光刻機市場,ASML、尼康和佳能是高市場的三甲(好像都沒有第四)幾乎壟斷了該市場的100%。事實是,在目前的浸沒式微影機市場,目前全球僅有ASML和尼康兩家公司可以生產。而NSR-S636E是去年年底尼康發布的。
於無聲處聽驚雷,日本浸潤式DUV光刻機追趕ASML
提及Nikon的NSR-S636E,從發布的關鍵技術指標看,這款曝光機由於採用增強型iAS設計,可用於高精度測量、圓翹曲和畸變校正,重疊精度(MMO)更高,不超過2.1奈米,解析度小於38奈米,鏡頭孔徑1.35,對比目前型號,它的整體生產效率可提高10-15%,創下尼康光刻設備的新高,產能(wph)高達280片/小時以上(所有尼康半導體光刻系統中生產率最高),停機時間更短,價格比競品便宜約20-30%。
那麼問題來了,尼康的NSR-S636E處在什麼水準呢?
從《南華早報》圖中其與TWINSCAN NXT 1980Fi的技術指標對比,可以說二者伯仲難分。這裡我們需要補充說明的是,ASML的1980Fi是其1980i系列中的一個最新型號,該系列還包含1980Di等多個型號。
值得一提的是,1980Fi和核心技術指標與更先進的2000i型號一致,但1980Fi的產能(wph)高達330片/小時以上,甚至超過2000i的水平。那麼以此來衡量的話,除了EUV,在浸潤式DUV微影機市場,NikonNSR-S636E已經接近,甚至是該市場最好的光刻機(超越ASML)。
對此,有業內稱,NSR-S636E可以直接光刻加工量產型5nm製程晶片,這個說法儘管有些誇張,但足見其在浸潤式DUV光刻機市場的潛在實力。
更為可貴的是,NSR-S636E是我們的企業和媒體經常掛在嘴邊上的完全國產。例如其光源使用的是日本gigaphoton公司(註:它是日本最大工程機械企業小松旗下的半導體企業,在光刻設備的DUV光源領域,Gigaphoton與ASML旗下的Cymer平分市場,即在光源這個光電子領域最在上游的環節中,Gigaphoton和Cymer是僅存的兩家有能力開發次世代極紫外光刻機用LPP型雷射等離子體光源的製造商)的準分子ArF光源、日本JTEM機構的超高表面精度反射式mirror、尼康自己的單工件台等。這點與ASML光刻機主要依賴全球化的進口零件形成了鮮明對比。
當然,我們這裡並非說NSR-S636E就是所有零件100%國產,至少在我們前述的核心技術和部件都是國產,例如在重要的光源方面,ASML一直使用的是德國的蔡司,而NSR-S636E使用的則是日本gigaphoton公司的。
其實透過NSR-S636E,我們看到的不僅是尼康,而是在光刻機整個產業鏈上,日本所具備的不容小覷的真正的自主創新能力。
而除了技術外,最讓我們欣賞的還有尼康的低調。根據日經新聞先前報道,這是尼康時隔二十多年再次投放光刻機新品,且已經達到,甚至超越ASML在浸潤式DUV光刻機市場的水平,但我們卻鮮見日本國內有像近日我們的套刻≤8nm氟化氬光刻機被列入目錄時,某些媒體及所謂大V們的高漲情緒和近乎技術盲般、無腦式的吹捧。
俗話說得好:低調做人,高調做事。對於一個企業和產業尤其如此,特別是在非市場因素對我們極為不利,且越來越苛刻的當下,惟有低調才可以讓我們贏得自主創新和國產化的時間。
綜上,我們認為,此次國產套刻8nm光刻機引爭議背後,除了再次暴露出我們的差距外,也應讓我們重新審視在光刻機領域的對手和學習的對像到底是誰?也許我們過去太過於關注ASML,而忽略了日本,尤其是它們在光刻機領域那種低調、務實、深耕國產化的創新和不懈的企業精神。
從這個意義上看,日本才是我們最現實的對手,畢竟我們光刻機的水平還處在低端的干式階段,下一步則是浸潤式,而日本尼康則實踐了國產化在浸潤式超越ASML的可能,其中個把的技術、經驗等無疑更值得我們借鏡。