¿Por qué son difíciles de "comprar" y "fabricar" máquinas de litografía de alta gama?

En efecto, es difícil comprar y fabricar máquinas de litografía de alta gama en China, incluidas las de 7 nanómetros y las de 5 nanómetros. Actualmente nos encontramos en un verdadero dilema en este último extremo. Es imposible escapar, es una realidad de largo plazo.

Mientras se desarrolle con éxito una tecnología de fabricación de alta gama, las cosas que son difíciles de fabricar serán fáciles de fabricar; mientras se produzcan con éxito productos de fotolitografía de alta gama, las cosas que son difíciles de comprar lo serán; volverse fácil de comprar. ¡La situación se ha vuelto difícil! Y cuando lleguen los dos comercios, siempre y cuando no haya "interferencia externa", como productos nacionales de alta gama que sean fáciles de comprar en el extranjero, y persistamos en fabricar de forma independiente máquinas de litografía de alta gama que están a punto de tener éxito hasta que Cuando salen de la línea de producción, se producen en masa y se lanzan, estaremos completamente fuera de la ecuación. Si compro uno de alta gama, puedo comparar precios. La clave es que es una mejor opción porque se puede controlar de forma independiente en mi país. Si vuelvo a hacer uno de gama alta, tengo una La clave para la gama alta es que los de gama alta lo son. justo en el mismo extremo, incluso los de arriba. Así es la relación entre fabricación y compra en China. La relación entre fabricación y compra de máquinas de litografía de gama baja y media también es muy diferente a la que tiene Estados Unidos y sus aliados. ha sido corregido por la historia. El contrafactual ha sido probado una y otra vez.

¡La relación entre fabricación y compra solo será así en China en el futuro! Es muy diferente de Estados Unidos y sus aliados. Si no fabricamos máquinas de litografía de alto nivel en el país, no podremos comprarlas en absoluto. Si se construyen, se comprarán una vez. Si se construyen, se comprarán en el país y en el extranjero. Si construimos máquinas de litografía de alta gama, las empresas también pueden ganar mucho dinero, especialmente si Estados Unidos y las empresas de fabricación de chips de alta gama del país ya no pueden asfixiarlas. Países Bajos en términos de equipos de proceso central, y Estados Unidos ya no puede estrangularlo en términos de otros equipos y materiales de proceso. Está estancado solo, por lo que las empresas de diseño de chips de alta gama del país ya no estarán estancadas en lo alto. Fundición de chips de alta gama, y ​​también permitirá a las empresas de pruebas y embalaje de alta gama del país utilizar su tecnología de alta gama en pruebas y embalaje de chips nacionales de alta gama. Pone fin a una larga historia de impotencia, vergüenza e incluso humillación y. vergüenza para una serie de empresas nacionales; la clave es construir y fortalecer la cadena de tecnología de alta gama, la cadena industrial y la cadena de suministro en las que el país no ha podido confiar en tecnología y productos de máquinas de litografía de alta gama. está aumentando, aunque es probable que las máquinas de litografía de alta gama sean las últimas en compensarlo. Entonces, estarán disponibles chips domésticos independientes de alta gama. Luego, habrá, y relativamente pronto, más chips independientes de gama alta e incluso de primer nivel. Cuando se logre la autonomía de alta gama de 7 nanómetros, en China en su conjunto, la historia de gastar mucho dinero en comprar chips extranjeros terminará y comenzará la historia de ganar mucho dinero vendiendo chips nacionales. y piénsalo. ¿Es mejor comprar que fabricar? !

¿Por qué estás en un dilema? A juzgar por el fenómeno, es difícil comprar productos extranjeros porque las máquinas de litografía de alta gama no se fabrican en el país. Es difícil fabricar productos nacionales porque la tecnología de las máquinas de litografía de alta gama no se ha desarrollado en el país. De esto se puede ver que, desde un punto de vista sustantivo, la falta de tecnología de alta gama desarrollada en el país es la razón fundamental por la que es difícil comprar y fabricar productos de alta gama. razón del dilema. Manejar correctamente la relación entre fabricación y compra se convierte en la forma fundamental de deshacerse del dilema. Los hechos históricos muestran que la esencia de "es mejor comprar que hacer" es que "es mejor comprar que estudiar". Ciertamente es difícil desarrollar usted mismo tecnología de fabricación independiente de alta gama, incluida la integración completa de la máquina y la producción de componentes. No solo es la más difícil, sino también la más difícil de comprar y fabricar hasta el día de hoy. A diferencia de la tecnología de investigación y desarrollo independiente que solía ser, lo más difícil causado por el hombre tiene mucho que ver con eso.

Las máquinas de litografía son conocidas como la joya de la corona de la industria de los semiconductores. La función principal de la máquina de fotolitografía es transferir el diagrama del circuito del chip en la máscara a la oblea de silicio. Hasta cierto punto, el proceso de fotolitografía determina el ancho de línea del circuito semiconductor y también determina el rendimiento y el consumo de energía del chip. Cuanto más avanzado sea el chip, más avanzado será el proceso de fotolitografía.

"Si quieres hacer bien tu trabajo, primero debes afilar tus herramientas". La máquina de fotolitografía es la "herramienta afilada" en la fabricación de chips y también se la conoce como la corona de la industria de los semiconductores. La perla de arriba. La función principal de la máquina de fotolitografía es transferir el diagrama del circuito del chip en la máscara a la oblea de silicio. Hasta cierto punto, el proceso de fotolitografía determina el ancho de línea del circuito semiconductor y también determina el rendimiento y el consumo de energía del chip. Cuanto más avanzado sea el chip, más avanzado será el proceso de fotolitografía.

Como todos sabemos, los chips son muy importantes. Sin chips, casi todos los dispositivos electrónicos perderán su función. Pero si abandona la máquina de fotolitografía, naturalmente no podrá fabricar chips y tampoco podrá producir dispositivos electrónicos como teléfonos móviles y computadoras.

La tecnología clave de la máquina de fotolitografía: utilizar la luz como medio para grabar micro-nano en una pulgada cuadrada

Uña Un chip del tamaño de un chip contiene decenas de millones de transistores, como una súper ciudad con circuitos intrincados. Esto está relacionado con el principio de funcionamiento de la máquina de litografía, que implica integración de sistemas, óptica de precisión, movimiento de precisión, transmisión de material de precisión. Control de microambientes de precisión de alta gama y muchas otras disciplinas avanzadas. Por lo tanto, la máquina de litografía es el equipo tecnológicamente más avanzado entre todos los equipos de fabricación de semiconductores y tiene un valor unitario extremadamente alto.

Si se analiza puramente desde la perspectiva del principio de funcionamiento, la máquina de litografía no es complicada. "Utilizando la luz como medio, grabando micro y nanómetros en una pulgada cuadrada", la máquina de litografía utiliza la capacidad de la fuente de luz en serie y el método de control de forma para transmitir el haz de luz mediante la corrección del diagrama del circuito y compensa varios errores ópticos a través de la lente del objetivo, y el diagrama del circuito se reduce y se mapea en la oblea de silicio, y luego se desarrolla químicamente y se graba para finalmente obtener el diagrama del circuito grabado en la oblea de silicio.

Pero lo más difícil es que se requiere que se complete una tecnología de tallado a nanoescala ultrafina en un espacio muy pequeño para tener esta capacidad. Hay muchas tecnologías clave que deben dominarse, incluidas principalmente las siguientes:

1. El "sistema de microproyección" es la llamada "lente de máquina de litografía". Este tipo de lente no es una lente común y corriente, su tamaño puede alcanzar los 2 metros de altura, 1 metro de diámetro o incluso más. Todo el sistema óptico de exposición de la máquina de fotolitografía puede requerir más de 20 lentes del tamaño de un recipiente conectadas en serie para controlar la precisión de las piezas ópticas a nivel nanométrico. Cada lente está hecha de materiales transmisores de luz de alta pureza, incluido el pulido de alta calidad y otros procesos. El costo de una lente es de decenas de miles de dólares

2. Dado que se llama "máquina de litografía", la "fuente de luz" es también uno de los núcleos de la máquina de litografía. La fuente de luz debe emitir luz ultravioleta con energía estable y un espectro muy estrecho, para garantizar la estabilidad del procesamiento. exactitud y precisión. Según la trayectoria de desarrollo de las fuentes de luz, las máquinas de litografía se han desarrollado desde la fuente de luz ultravioleta (UV) inicial hasta la luz ultravioleta profunda (DUV) y ahora hasta la luz ultravioleta extrema (EUV). La mayor diferencia entre las tres es la longitud de onda. Cuanto más corta es la longitud de onda, menor es la exposición. El tamaño de la característica es menor.

(La información proviene del sitio web oficial de Shanghai Microelectronics, Dongxing Securities Research Institute, dibujo de OFweek Electronic Engineering Network)

Los primeros La máquina de litografía utiliza la fuente de luz ultravioleta generada por lámparas de mercurio, que se ha desarrollado desde la línea g hasta la línea i, y la longitud de onda se acorta de 436 nm a 365 nm. Posteriormente, la industria utilizó haces de electrones para excitar moléculas de gas formadas por la combinación de gas inerte y gas halógeno, y la fuente de luz ultravioleta profunda del láser excimer generada durante la transición al estado fundamental acortó aún más la longitud de onda a 193 nm debido a obstáculos técnicos. encontrado en el proceso, después de la corrección utilizando tecnologías como la inmersión, el nodo de proceso de litografía final de la máquina de litografía puede alcanzar los 28 nm.

Hoy en día, la máquina de litografía más avanzada de la industria es una máquina de litografía EUV, que irradia un láser excimer sobre un material objetivo, como el estaño, para excitar fotones con una longitud de onda de 13,5. nm como fuente de luz de la máquina de grabado. Las máquinas de litografía EUV han mejorado enormemente el nivel del proceso de semiconductores y pueden alcanzar procesos de 7 nm e inferiores, lo que proporciona una mejor dirección para la continuación de la Ley de Moore. En la industria, solo ASML puede proporcionar equipos EUV, que se encuentran en la cima de la pirámide de la industria

3. Resolución, la precisión de línea más fina que se puede lograr en el procesamiento de fotolitografía; forma de describir. La resolución de la fotolitografía está limitada por la difracción de la fuente de luz, por lo que está relacionada con varios aspectos como la fuente de luz, el sistema de fotolitografía, el fotorresistente y el proceso. En términos generales, la relación entre la resolución y la longitud de onda de la fuente de luz se puede expresar mediante la fórmula. "R (resolución) = K1 (parámetro de proceso) λ (longitud de onda de la fuente de luz)/NA (apertura numérica de la lente óptica)"

4. El nodo de proceso es el más Reflejo directo de los parámetros del nivel de tecnología del chip.

El tamaño del nodo de proceso es básicamente proporcional a la longitud y el ancho del transistor. Cada nodo es básicamente 0,7 veces el nodo anterior, 0,7X0,7=0,49, por lo que el área del transistor en cada generación de nodo de proceso es. más pequeño que la generación anterior, aproximadamente la mitad, por lo que el número de transistores por unidad de área se duplicará, lo que se conoce como Ley de Moore. Generalmente, el nodo de proceso desarrollará una generación en 18 a 24 meses.

El desarrollo de nodos de proceso toma los 28 nm como punto de inflexión. Aunque todavía avanza según la regla de 0,7 veces, de hecho, la mejora del área de transistores y el rendimiento eléctrico está muy por detrás. los cambios en los valores de los nodos. Por ejemplo, las estadísticas de Intel en ese momento mostraban que el rendimiento real de su proceso de 20 nm era equivalente a los procesos de 14 nm de Samsung y 16 nm de TSMC. Lo que es aún más problemático es que diferentes fabricantes tienen diferentes métodos de conversión para los nodos de proceso, lo que genera mucha confusión en la comprensión. Por lo tanto, sólo los productos con altos requisitos de chips utilizarán procesos avanzados de 28 nm o menos. Por supuesto, ahora TSMC ha desarrollado un proceso de 5 nm más avanzado y ha logrado una producción en masa. Los productos equipados con chips relacionados estarán disponibles en la segunda mitad de este año.

¿Por qué son difíciles de comprar y fabricar máquinas de litografía de alta gama?

En términos generales, una línea de producción de chips requiere varias máquinas Máquina de litografía, y el costo de una máquina de litografía también es muy alto, entre los cuales el sistema de imágenes y el sistema de posicionamiento son los más caros. El costo de todo el equipo oscila entre 30 millones y 500 millones de dólares estadounidenses. Además, las piezas de la máquina de fotolitografía también incluyen cojinetes de Suecia, lentes de Alemania, rejillas de Estados Unidos, válvulas de Francia, etc., todos los cuales son productos artesanales de alta gama de varios países.

La máquina de fotolitografía se deprecia muy rápidamente y cuesta alrededor de 390.000 yuanes por día. No es exagerado llamarla "máquina de imprimir dinero". Precisamente debido al alto coste de las máquinas de litografía y a las tecnologías altamente avanzadas mencionadas anteriormente, ASML sólo puede producir más de 20 máquinas de litografía EUV al año.

Para equipos tan costosos, ASML solo puede vender unas pocas unidades al año para respaldar a toda la empresa. El mercado chino siempre ha sido un área comercial clave sobre la que ASML se muestra optimista. pero tiene máquinas de litografía de alta gama que no se pueden vender a China. ¿Por qué se menciona aquí el Acuerdo de Wassenaar? Por ejemplo, SMIC ha estado esperando las máquinas de litografía EUV, aunque el equipo no ha llegado, no ha detenido el proceso de investigación y desarrollo. Ha desarrollado los procesos "N+1" y "N+2" basados ​​en 14 nm. equivalente a Con respecto al proceso de 7 nm, el codirector ejecutivo y director ejecutivo de la compañía, Liang Mengsong, también reveló que en esta etapa, el proceso de 7 nm se puede lograr incluso sin máquinas de litografía EUV. Pero si desea una producción en masa madura a gran escala, aún necesita máquinas de litografía EUV.

China también es conocida como una "potencia manufacturera". Como no puedes comprarlo, ¿qué tal si lo fabricas tú mismo?

En el pasado, Sohu puede copiar a Yahoo, Taobao puede copiar a eBay, Didi puede copiar a Uber, entonces, ¿podemos copiar ASML y construir nuestras propias máquinas de litografía? ¿Sabes? ¿Se puede decir que ASML es el "hermano mayor" del mundo? En el campo actual de las máquinas de litografía, aunque Nikon y Canon junto con ellos, se les llama los "Tres gigantes de las máquinas de litografía", pero en términos de máquinas de litografía que admiten 14 nm y menos, solo ASML es el dominante.

El éxito de ASML, el “Rey de las Máquinas de Litografía”, es difícil de replicar. ASML proviene de una conocida familia. Se escindió de forma independiente del departamento de semiconductores de Philips, un famoso fabricante holandés de electrodomésticos, y pasó a llamarse ASML.

Detrás de ASML, también hay gigantes de semiconductores como Intel, Samsung, TSMC y SK Hynix que lo respaldan. Solo invirtiendo en ASML puede convertirse en su cliente y obtener prioridad en litografía. derechos de suministro de productos mecánicos.

Con la inyección de capital de múltiples partes, ASML también tiene más oportunidades para fortalecer su propia fortaleza:

En 2001, ASML adquirió el fabricante estadounidense de máquinas de litografía Silicon Valley Group para obtener reflectantes. tecnología, superando a Canon en participación de mercado, persiguiendo directamente a Nikon

En 2007, ASML adquirió la empresa estadounidense Brion, convirtiéndose en la piedra angular de la estrategia general de productos de litografía de ASML; >

En 2012, ASML adquirió Cymer, un fabricante de láser excímer de renombre mundial, para fortalecer los equipos y la tecnología de fuentes de luz de las máquinas de litografía

; En 2016, ASML adquirió el fabricante taiwanés de equipos de semiconductores Hanweike, introduciendo tecnología y equipos avanzados de inspección de obleas por haz de electrones.

En 2016, ASML adquirió el 24,9% de las acciones de la alemana Carl Zeiss; filial para fortalecer su propia tecnología de lentes de litografía

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En 2019, ASML anunció la adquisición de los activos de propiedad intelectual de su rival; fabricante de máquinas de litografía Mapper.

Como se mencionó anteriormente, los equipos de litografía integran muchas disciplinas complejas y no solo son diversos, sino que también requieren la tecnología más avanzada en el campo. Ninguna empresa puede presumir de ser la mejor en cada una de estas áreas. Sólo ASML puede seguir subiendo al altar mediante la autoinvestigación, adquisiciones, etc.

Mucha gente puede no creerlo. Cuando mi país desarrolló por primera vez las máquinas de litografía, ASML aún no había aparecido. Según los registros de datos, en 1977, el año en que China reanudó su examen de ingreso a la universidad, nació la primera máquina de litografía de mi país, la máquina de litografía de proximidad semiautomática GK-3, que fue producida en prueba por Shanghai Optical Machinery Factory.

La década de 1980 tuvo un buen comienzo en 1981, el Instituto de Semiconductores de la Academia de Ciencias de China desarrolló con éxito el prototipo de máquina de litografía de proximidad semiautomática JK-1. . Se estimó que el nacimiento de la máquina de fotolitografía nacional KHA-75-1 en 1982 estuvo solo 4 años por detrás de la entonces más avanzada Canon. En 1985, nació la primera máquina de litografía de proyección paso a paso de China, y la brecha de tiempo entre Estados Unidos y Estados Unidos no fue más de 7 años. Todo esto muestra que China realmente había notado la importancia de la tecnología de litografía de proyección en ese momento, pero era difícil lograr una producción en masa porque el proceso de producción nacional aún no estaba maduro.

A finales de la década de 1980, la idea de que "fabricar es peor que comprar" se extendió por un gran número de empresas manufactureras. Hubo una desconexión en el proceso de investigación y desarrollo. de la industria de semiconductores de mi país, y la industria de máquinas de litografía no fue inmune.

Aunque se ha ido acercando a las potencias extranjeras, el atraso del entorno industrial y la brecha con las empresas avanzadas del mundo han hecho que China, en última instancia, no esté en el campo de la alta gama. Máquinas de litografía. Deja tus propias huellas.

"Al verlo levantarse y ver su edificio colapsar", se han subestimado las bases de la industria china de máquinas de litografía establecidas a principios de la década de 1980. Esta es también la razón por la que la industria de máquinas de litografía de mi país nunca ha podido alcanzar a la de los países extranjeros. Además, varias piezas y componentes necesarios para la fabricación de máquinas de litografía también están sujetos a diversos grados de control y es muy difícil de recuperar ahora. .

Las máquinas de litografía de alta gama de China están en camino

En 2001, el Ministerio de Ciencia y Tecnología y el Gobierno Municipal de Shanghai En 2002, promovió conjuntamente el establecimiento de Shanghai Microelectronics Equipment Company y emprendió el proyecto nacional "Plan 863" para desarrollar máquinas de litografía de alta gama de 100 nm. Se informa que el 45º Instituto de CETC trasladó su equipo dedicado a máquinas de litografía de proyección paso a paso a Shanghai para participar en él.

En 2008, el Ministerio de Ciencia; y Tecnología celebró la especialización nacional de ciencia y tecnología. La reunión especial de promoción "Equipos de fabricación de circuitos integrados a muy gran escala y procesos completos" enumeró la tecnología EUV como una dirección de investigación clave para la tecnología de litografía de próxima generación. Las empresas chinas también han incluido las máquinas de litografía EUV como objetivos clave de desarrollo en el campo de la fabricación de circuitos integrados.

Hoy en día, además de Shanghai Microelectronics Equipment, Hefei Xinshuo Semiconductor y Jiangsu Yingsu Integrated Circuit Equipment, también existe el Departamento de Instrumentos de Tsinghua University Precision Equipment Co., Ltd. Instituto de Tecnología Optoelectrónica, Academia de Ciencias de China, Instituto Cuarenta y Cinco de Tecnología Electrónica de China y otras universidades/unidades de investigación científica.

En términos de resultados de investigación y desarrollo, en 2016, el proyecto "Investigación y desarrollo de prototipos de sistema de etapa de pieza de trabajo dual de máquina de fotolitografía" de la Universidad de Tsinghua aprobó con éxito la aceptación; Máquina de fotolitografía El proyecto "Investigación y desarrollo de prototipos de sistema de etapa de pieza dual" pasó con éxito la inspección de aceptación en 2018, el importante proyecto nacional de desarrollo de equipos de investigación científica "Equipo de litografía de superresolución" pasó la inspección y aceptación. máquina del mundo que utiliza una fuente de luz ultravioleta para lograr una resolución de 22 nm, lo cual es importante. El objetivo es utilizar fuentes de luz baratas para lograr una resolución más alta y usarse en algunos escenarios de fabricación especiales.

Se puede ver que China también ha logrado grandes avances en el proceso independiente de investigación y desarrollo de máquinas de litografía. Pero es relativamente lento si realmente desea desarrollar una máquina de litografía de alta gama, debe asegurarse de que el nivel técnico en múltiples disciplinas y campos alcance o supere el nivel avanzado del mundo. producto.

Este es un ataque preciso de Estados Unidos. ¿Tienes la capacidad de descubrir cómo surgió esta mala idea? Creo que éramos aquellos de los años cincuenta que carecíamos de casi todo el conocimiento científico cuando estábamos al mando y estábamos aislados por nuestro propio poder, junto con los vínculos entre los nacidos en los años cuarenta y los nacidos en los sesenta. , la generación nacida en la década de 1950 es la línea divisoria de la brecha. Hay muy pocas personas en el centro del poder que se dedican a las ciencias naturales. No se puede comprar la naturaleza, solo se puede lograr. Se habla de fabricación, hay que innovar. Aunque hay pocas, hay muchas personas que pueden dedicarse a la óptica, la química y la electricidad. ¿Puedo conservar mis habilidades organizativas en mecatrónica y optoelectrónica si básicamente tengo que jubilarme? Más tarde, a los que tenían entre 60 y 70 años se les enseñó a los 40 y 50 años. Todos carecían de la capacidad de penetrar e integrarse en el borde del sistema. Gritaban todos los días que estaban separados por montañas y cada uno dominaba. Por un lado, carecían de competencia profesional para construir equipos de alta tecnología tan completos y rara vez tenían el coraje de cooperar entre sí, incluidos los motores de aviones.

Las máquinas de litografía de alta gama son difíciles de comprar porque los países occidentales liderados por Estados Unidos han impuesto un estricto bloqueo tecnológico a China. Son difíciles de fabricar porque las máquinas de litografía son productos integrados de alta tecnología y las nuestras. El país tiene una base tan débil. Es un milagro que se puedan lograr tales resultados en esta era, con el tiempo, la máquina de litografía también será conquistada como la máquina de escudos.

Debido a que las máquinas de fotolitografía de alta gama del mundo solo se producen en los Países Bajos y la producción es limitada, es difícil comprarlas. Las máquinas de fotolitografía incorporan tecnología de alta precisión de casi todos los aspectos de la fabricación industrial, por lo que son difíciles de fabricar.

¡Lo difícil de comprar es que los demás no quieran que te superes! ¡Fue difícil de construir porque en el pasado había instalaciones de apoyo y no lo tomaron en serio! ¡No será difícil hacerlo si le prestas atención a continuación!