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国科精密:光刻机曝光系统重要突破,中芯国际被卡一影响不容忽视

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本文是光刻机概念的第四篇,前面已经提到了福晶科技、华卓精科和茂来光学,这三家公司要么已经上市,要么正在上市的路上,总而言之可作为光刻机概念股加以关注,在适当时机可参与炒作。

光刻机最重要的系统是曝光系统,如果没有曝光系统,光刻工艺无从谈起。虽然福晶科技和茂来光学已经与曝光系统沾边,但其仅是曝光系统中的组成部分而已,国内系统从事光刻机曝光系统研发的公司是长春国科精密。不过笔者认为未来若干年国科精密很难登录资本市场,但是作为光刻机曝光系统供应商,有必要对这家公司做一个介绍。

曝光系统成功的背后是国产化的艰辛与不易

国科精密的业务可分为核心技术、产品及技术服务三大类。公司目前掌握的核心技术有超精密光学技术和具备计量功能的日盲紫外成像探测技术,其中超精密光学技术主要用于半导体用光刻机的曝光系统等具有高度复杂、追求极限精度光学的领域中,掌握该技术的外国公司也就蔡司公司和日本尼康等几家。公司仅提到蔡司公司和尼康,实际上目前掌握该技术的公司还有日本佳能和美国Cymer公司。

国科精密承担了该领域的国家02专项,研制的国内首套数值孔径0.75的ArF曝光系统Epolith A075已经成功交付用户,实现了整机曝光分辨率85纳米的理想结果。当然公司没有说太多信息,但我们也知道目前国内从事半导体用光刻机研发、制造的公司是上海微电子装备,国科精密的客户也就是上海微电子装备了。

国科精密的超精密光学技术着重解决了超精密光机系统协同设计、超精密机械结构/机构设计、全频段亚纳米精度光学加工与检测、高均匀性保形光学薄膜设计与制备、亚微米精度机械加工与检测、超精密驱动控制与信息处理和超精密光机系统集成与调装等关键技术。比如国科精密提到,在超精密光机系统协同设计方面公司通过复算优化、计算机辅助装调、系统级元件精修等手段,在确保可制造性前提下对物镜光路进行优化,实现严苛的像质指标。公司提供的ArF曝光系统实现了全视场平均波像差优于4纳米、全视场平均畸变优于5.7纳米的核心指标。

在技术服务方面国科精密主要提供光学加工、光学检测、光学镀膜、机械加工等服务,比如在光学加工领域公司可提供口径100-500mm的各类平面、球面、非球面和自由曲面以及各类异形元件的透镜和反射镜的加工服务,其中球面/平面面形精度优于0.3纳米RMS,表面粗糙度优于0.2纳米 RMS;非球面的面形精度和表面粗糙度分别优于0.5纳米RMS和0.3纳米RMS。ASML的成功因素之一是可以依靠全球产业链进行系统集成与整合,而中国厂商则没有这一条件,所有环节不得不靠自己或国内企业完成,也彰显国产化的艰辛与不易。

易损件彰显设备厂服务支持重要性

国科精密的产品除了Epolith A075曝光系统,还有光刻机曝光系统易损件、日盲紫外探测模组和高端光学检测产品。官网对Epolith A075曝光系统的一些指标做了说明,不得不说国产光刻机曝光系统与国外差距还是比较明显。

国科精密的Epolith A075 ArF曝光系统同样采用了193nm的准分子激光器,这也是该类光刻机的统一光源。在具体性能指标上,Epolith A075的数值孔径0.75,波前像差和畸变分别为5.1纳米和5.7纳米,但官网显示该曝光系统的视场为26mm*10.5mm,而笔者在上海微电子装备官网上查到的数据显示SSA600/20的ArF光刻机视场为目前统一的26mm*33mm。

今年6月份上海微电子装备透露将于2021-2022年交付首台28纳米工艺的国产浸没式光刻机,结合同行ASML和尼康等发展路径,笔者认为技术上有几点已经突破:国内已经突破了浸没式光刻机的关键技术,曝光系统上也解决了视场不足的难题,同时数值孔径也提升到1.35,因为这些技术是提升光刻机分辨率的重要措施。当然这些信息在相关公司官网上找不到,但在一些新闻报道中可以寻找到蛛丝马迹。

在曝光系统易损件上国科精密主要提供90纳米物镜底部窗口、高精度光学元件、阿爸柱面镜和Filter校正板等。设想一下,如果因为某种原因ASML对中芯国际等光刻机停止提供技术支持,这些精密损耗件无法及时更换,光刻机会不得已停机,因为对晶圆代工厂来说良率永远是生命线:

10月4日中芯国际发布公告证实了公司被纳入美国实体清单的事实。从笔者了解到的信息和同行媒体的反馈,证实了所谓的"远程锁死"是谣言,制裁下的中芯国际相关设备不会立刻变为废铁,但是这些精密设备能否正常运作离不开设备厂商的相关支持。

比如光刻机设备等运行一段时间后采集信号会产生偏差,这时就需要设备厂商提供技术支持,对信号偏差进行校准,同时对部分易损件要进行更换,而这些易损件很难在不同厂商间进行更换,因此失去技术和服务支持的中芯国际经过一段时间的运行,自然而然设备面临被迫停机的风险。笔者也说了,对晶圆代工厂而言良率永远是生命线。


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