光刻機的納米制程能力,是衡量其先進(jìn)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。
目前全球最先進(jìn)的光刻機來自荷蘭ASML公司。ASML是唯一能夠量產(chǎn)極紫外光(EUV)光刻機的公司,其最先進(jìn)設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于7納米、5納米、甚至3納米芯片的生產(chǎn)。在某些試驗線中,ASML還推出了“高數(shù)值孔徑”(High-NA)的EUV光刻機,目標(biāo)是實現(xiàn)2納米甚至1納米制程。這些設(shè)備極為復(fù)雜,由幾十萬個零部件組成,價格高達(dá)1.5億歐元以上。像蘋果、臺積電、三星這些全球最頂尖的芯片廠商,都是ASML EUV設(shè)備的重要客戶。比如蘋果A17 Pro、M3芯片、驍龍8 Gen3等先進(jìn)芯片,正是通過EUV光刻完成其核心結(jié)構(gòu)。
在ASML的技術(shù)體系中,制程能力的提升不僅僅依賴更短波長的光源,還借助先進(jìn)的多重曝光技術(shù)、浸沒式光刻技術(shù)、高精度對準(zhǔn)系統(tǒng)等綜合提升。例如,ASML的193納米ArF浸沒式光刻機,理論上只能達(dá)到45納米,但通過多重圖案疊加和精準(zhǔn)校準(zhǔn),已被應(yīng)用到28納米、14納米,甚至部分7納米制程線中。這也說明,光刻機的“制程節(jié)點”并不完全等同于光源波長,而是一個系統(tǒng)綜合能力的體現(xiàn)。
與ASML相比,日本的兩大光刻機制造商——尼康(Nikon)和佳能(Canon)——則更側(cè)重于傳統(tǒng)深紫外光(DUV)光刻設(shè)備。尼康的最新產(chǎn)品可以支持28納米以下制程,部分型號通過多重曝光也能勉強支持14納米節(jié)點,但并不具備EUV光刻能力。因此,尼康設(shè)備多用于圖像傳感器、DRAM芯片、汽車電子等領(lǐng)域,而非最尖端的處理器制造。佳能則主要專注于成熟工藝市場,光刻能力大多在90納米到130納米之間,在模擬芯片、功率器件、MEMS(微機電系統(tǒng))領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。此外,佳能正在嘗試研發(fā)一種名為“納米壓印光刻”(Nanoimprint)的新技術(shù),理論上可以達(dá)到10納米以下,但目前還未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。
雖然ASML主導(dǎo)EUV整機制造,但它的很多核心部件,如掩?;?、光刻膠材料、反射鏡、硅片等,卻來自日本企業(yè)。例如,光罩基板幾乎被日本HOYA和旭硝子壟斷,EUV光刻膠主要來自東京應(yīng)化、JSR等廠商,這說明即便沒有整機,日本在先進(jìn)納米制程背后的供應(yīng)鏈中也占據(jù)著極為關(guān)鍵的地位。
美國雖然沒有本土光刻機制造商在前端曝光設(shè)備領(lǐng)域取得領(lǐng)先,但卻是光刻系統(tǒng)中很多核心軟件和部件的供應(yīng)者,比如EDA(電子設(shè)計自動化)工具、對準(zhǔn)系統(tǒng)算法、離子注入設(shè)備等領(lǐng)域都由美企主導(dǎo)??梢哉f,雖然光刻機的最小納米能力是硬件水平的代表,但真正實現(xiàn)這些先進(jìn)節(jié)點,還需全球多國技術(shù)協(xié)同。
從產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢看,1納米以下的芯片制程已經(jīng)列入開發(fā)計劃,而實現(xiàn)這些節(jié)點需要更新一代的光刻設(shè)備——高數(shù)值孔徑EUV(High-NA EUV)。目前ASML正在量產(chǎn)此類設(shè)備,其數(shù)值孔徑從傳統(tǒng)的0.33提升至0.55,可支持更小光斑、更高解析度,從而實現(xiàn)1.8納米甚至1納米的技術(shù)節(jié)點。預(yù)計這些設(shè)備將在2025年起投入試產(chǎn)線,為未來的AI芯片、超級計算芯片提供技術(shù)支持。
總的來說,國外最先進(jìn)的光刻機目前可以支持到3納米以下制程,未來將向2納米、1納米甚至亞納米級進(jìn)軍。