“新出台的上海实体经济‘50条’明确提出以高端发展为导向,聚焦突破战略性新兴产业,特别强调要加快建设和储备例如集成电路等引领性强、成长性好、带动性大的产业项目,这对我们搞高端装备制造的企业来说是大大的利好。”上海微电子装备(集团)股份有限公司(SMEE)负责人告诉记者,这几天公司管理层仔仔细细的把上海市政府发布的《关于创新驱动发展 巩固提升实体经济能级的若干意见》研究了好几遍。
在先进封装光刻机产品方面实现系列化和量产化之后,SMEE又推出了最新的IC前道光刻机曝光系统及关键技术开发项目,一次次实现光刻机技术的重要突破,带领国内光刻机制造迈上新台阶。
为何被称为“皇冠上的明珠”
集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业,其战略地位日益凸显。由于集成电路的高端装备制造业处于价值链和产业链核心环节,对技术研发的要求极高,而国内企业起步晚、基础弱,先进光刻机设备的核心技术一直被国外半导体设备巨头垄断。
其中,IC前道投影光刻机是集成电路装备中技术难度最高、价格最昂贵的关键设备。为此,开发和量产以高端光刻机为代表的各种智能装备,既具有较高的战略价值,又具有极高的经济价值。
在芯片制造中,光刻机就像一台精密复杂的特殊照相机,是生产芯片时“定义图形”中最为重要的一种机器。高端光刻机集精密光学、机械、控制、材料等先进科技和工程技术于一体,是集成电路装备中技术难度最高的关键设备,因此也被称为人类技术发展的制高点和制造工业“皇冠上的明珠”。
如此重要的光刻机是如何工作的?要想得到直观的答案,恐怕还得去生产车间实地探访一番。
身穿连体防尘服、头戴护帽、脚踩防静电鞋、戴着防尘口罩和手套……在SMEE的生产车间,为了保持无尘环境,工作人员“全副武装”,全身上下几乎只露出一双眼睛。仔细看,车间的地面并非是我们平常所见的硬地板,而是采用了类似于网状的设计,空气或者风通过网状空隙流通,把灰尘微粒吸附到地面。
SMEE产品总监周畅告诉记者,完整的光刻流程包括硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。经过一道道复杂工序后,用光来制作图形——光刻机在硅片表面把胶涂匀后,接着把掩模版上的图形转移光刻胶上,在这个过程中器件或电路结构也被临时“复制”到硅片上。
周畅透露,一台光刻机有上万个零部件要在电脑程序的控制下进行复杂协调的联动,其运动精准程度的误差不得超过一根头发丝的千分之一。在超精密运动高速工作台上,高速运转必然出现工作台产生剧烈震动的情况,防震显得尤为重要。
“光刻机被称为‘人类最精密复杂的机器’,成像系统由几十个直径为200-300毫米的透镜组成,定位精度都是纳米级。”周畅说。对于微米级的瞬时传输控制技术,有一个有趣的比喻说,“犹如两架空客以1000公里每小时同步高速运动,在瞬间对接穿针引线”。
一直以来,光刻机以其研发技术要求高、研发周期长及研发资金投入高等特点,成为集成电路和半导体产业链中准入门槛高的核心环节,能生产高端光刻机的厂商少之又少。举例来说,为了在更小的物理空间集成更多的电子元件,单个电路的物理尺寸越来越小,主流光刻机在硅片上投射的光刻电路分辨率要达到50-90纳米,这就对光刻机的技术提出了更高要求。
走出一条摆脱国外垄断的自强之路
综观全球半导体设备与材料市场,一直以来被几位国外巨头抢占。半导体制造设备市场被美国和欧洲的ASML光刻设备垄断,半导体材料则主要由日本掌控。而中国半导体产业受限于起步晚、基础薄弱,所用的设备与材料近90%依赖于进口。
只有打破垄断才能掌握主动。2002年成立的SMEE试图走出一条摆脱国外垄断的自强之路。SMEE是在国家科技部和上海市政府推动下,由上海市多家企业集团和投资公司投资组建的专业IC设备公司,在国内专注从事应用于大规模生产的中高端投影光刻设备研发、制造及销售。
“2002年公司刚成立时,跟国际光刻机的先进水平相差了20年,我们用了十几年的时间去缩小差距,打破国外技术垄断。”周畅说。早在2002年,光刻机被列入国家863重大科技攻关计划,并由SMEE来承担。经过十几年潜心研发,SMEE研发团队几乎从零出发,攻克各项技术难关,推出的G6高分辨率TFT扫描投影曝光机、SSB245/10平板显示屏用高分辨率投影光刻机等先进设备,特别是IC前道光刻机曝光系统及关键技术开发,让我国已基本掌握了高端光刻机的集成技术,并部分掌握了核心部件的制造技术,中国制造在全球光刻机领域也发出了“中国声音”。如今,SMEE在先进封装光刻机产品方面形成了系列化和量产化,在国际同类产品中处于先进水平,还实现了光刻机海外市场的销售突破。
在企业研发攻关中,SMEE还形成了符合高端设备产业的管理、技术和营销服务团队,建成了具有国际先进水平的研发、生产、储运基础设施。这其中离不开对高端创新人才的培养与积累。
“公司始终将创新人才视为企业最宝贵的财富,认真培养本土化的优秀团队,在坚持自主培养的基础上,积极引进高科技人才,以此保证公司的核心竞争力。”周畅说,目前,公司已形成了一支逾千人的年龄结构合理、学科门类齐全、专业技能扎实的光刻机设计、集成的优秀工程技术人才队伍以及与复杂系统研制和产品化、产业化相适应的经营管理团队,其中博士和硕士超过40%。
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