此时,上海微电子被美国商务部“拉黑”,势必会影响我国光刻机的研发和迭代,同时影响国产芯片制造,进而影响整个国产芯片产业链。
随着信息时代的快速发展,电视、电脑、手机都开始智能化、轻薄化,各种零部件也越来越小,包括芯片。
尽管芯片的体积越来越小,但是它的性能却越来越强,这就需要一个强大的制造能力,而制造又离不开核心设备光刻机。
在当时,国内相关行业一片空白,缺技术、缺人才、缺资金、缺配件。同时,国外对我们进行了技术封锁。
董事长贺荣明组织公司技术人员学习世界上大型复杂工程项目的研发案例,结合研发项目开展创新实践,有效解决具体的问题。
“你看过吗?马的双目边都有块‘板’,这样马的视觉广角小一点,更专心往前跑”——贺荣明说。
贺荣明把上海微电子当作孩子一样培养,他的生活就是:“除了出差,每天早上7点出门,晚上10点回家,周六保证不休息,周日休息不保证。”
2009年,第一台国产光刻机样机问世,在全世界为数不多的光刻机厂商名单中,第一次出现了中国企业名字:SMEE(上海微电子)。
为了能够把设备卖出去,公司只能“深度”服务客户,用贺荣明的话就是“钻到甲方客户CEO的大脑里”。
充分了解客户的未来选择,提前做好技术储备。同时要求工程师团队要“钻进客户技术员的大脑里”,遇到问题,最快速度解决。
很快,上海微电子就开始研发90nm光刻机,90nm的紫外光在三次曝光后,可以制造28nm芯片。
随着光源、光刻台、精密轴承等相关配件逐渐解决后,公司也拿到了德国蔡司的镜片,正当上海微电子决定量产90nm光刻机时,出现了问题。
不要小看了这一片薄薄的镜片,它的数值孔径为0.93NA,分辨率为90nm,它的平整度要求极高,几十公里的起伏度不能超过一毫米。
为了研发这样的一组镜片,长春国科精密光学用了近10年的时间,才研发成功,数值孔径达到了0.75NA,分辨率为90nm的镜片。
上海微电子这才宣布量产90nm光刻机,尽管与最先进的EUV光刻机差距巨大,但这仍是值得骄傲的一刻。
目前,公司有1100多名员工,平均年龄34.5岁,40%以上有硕士学历。不但拥有了一批技能娴熟的工匠,也拥有一批有国际视野的工程师。
总的来说,上海微电子基本掌握了高端光刻机的集成技术,部分核心部件的制造技术,也有了一定的人才积累。
ASML,中文名称为阿斯麦,总部位于荷兰埃因霍温,是最大的光刻机制造商,向全球半导体制造企业提供领先的半导体设备。
2021年,全球光刻机市场份额为1076亿,ASML一家就达到了854亿,占比79%。中端市场(DUV光刻机)出货103台,占据93.6%的市场份额,高端的EUV光刻机直接垄断(100%)。
换句话说,你使用的手机、电脑、蓝牙耳机、汽车等设备的芯片,基本都使用了ASML的光刻机,没有ASML就造不出高端芯片。
尼康由当年的50%的市场份额,一路下滑到今天的6%的市场份额,销售额也仅为112亿,占比10%。
在光刻领域,尼康还有什么强项,大概只剩面板光刻机了。2021年出货量达到了49台,其中10.5代线台。
佳能也惨不忍睹,2021年出货140台,同比增长15%,占据了29%的市场份额,但都是些低端光刻机,根本赚不了多少钱。
总的来说,ASML已经垄断了光刻机市场,甚至成为了光刻机的代名词,其研发的EUV光刻机更是被称为“工业皇冠上的明珠”。
——就是极紫外光刻机,利用极紫外光进行雕刻,光的波长仅为13.5nm,雕刻出来的电路更加精密。
苹果A15、A16;骁龙888、骁龙8+;天玑9000、天玑9200;麒麟990、麒麟9000等等,可以说你使用的旗舰手机所搭载的芯片,都由EUV光刻机制造的。
EUV光刻机采用了波长为13.5nm的极紫外光,大自然中没有这样的光线,因此我们只能人工制造。
利用强大的激光发射器,发射出频率为5万次/秒的激光束,这种激光束呈红色,温度高达22万摄氏度,是太阳表面温度的几十倍。
用种子光轰击下落的锡珠,第一束种子光将锡珠轰击成特定的形状,第二束种子光要精准的穿过锡珠,形成一个发光的等离子体,从而产生波长为 13.5 nm 的极紫外光。
产生的极紫外光需要在真空环境中通过,因此必须配备一台空气泵,以 30000RPM 的速度旋转并逐个排出单个气体分子。
这种光源系统被美国的Cymer公司所掌握,目前这家公司已经被ASML收购,也就是Cymer=ASML=极紫外光源。
极紫外光可以被玻璃吸收,甚至被空气吸收。因此想把极紫外光聚焦在一个点上,就需要近乎完美的透镜。
蔡司的工程师,在EUV反射镜的表面涂上了交替的硅和钼层,每层只有几纳米厚。它们共同产生了一种薄膜,可以反射 70% 的极紫外光。
如果这个透镜有德国那么大,那么它的起伏度只有1毫米。要知道,普通镜子做成德国领土大小,起伏度将达到5米。
因此,蔡司的很大一部分工作是检查镜子以寻找缺陷,然后使用离子束将单个分子敲掉,经过数月的工作逐渐平滑表面。
所有人必须穿戴隔离服,因为每天代谢脱落10亿个皮肤微粒,这些都会影响到EUV光刻机工作。
整个EUV光刻机,重达180吨,拥有超过10万个零部件、3000 根电缆、40000 个螺栓和两公里长的软管。
因此,需要一批专业的安装调试人员,经过严格的培训后,才能确保这台重180吨的精密仪器顺利运转起来。
据悉ASML的产能,每年只有几十台(2021年42台),其中一半被台积电买走,剩余的由三星和英特尔瓜分殆尽,其他公司根本没机会买到。
ASML靠着光刻机赚得盆满钵满,活的十分滋润,但也一直担心对手的逆袭,尤其是来自中国的神秘力量。
90nm光刻机,只能算中。