光掩膜为什么只有日本能做

大家好，我是小康一个科技板块研究员，上期视频给大家介绍了光刻胶，本期视频呢继续为大家讲解芯片生产中价值量排第三的材料，也是唯一一种主要由金原厂自己生产的材料。光刻眼模板又称光照，简称眼模板，是光刻工艺中所使用的图形模板。 它呢是由不透明的遮光薄膜在透明基本上形成眼膜图形结构，光透过眼膜照射到光刻胶上，使得光刻胶的曝光部分发生化学反应，经历光刻显影刻时，电路图案就会完整的从眼膜板上转移至衬底龟变上。它属于芯片加工的核心材料。 代加工的眼模板由玻璃或石英基片隔层和光刻胶层构成，其图形结构呢，可以通过制版工艺加工获得。常用的加工设备如激光止血光刻机、电子输入光刻机等。 光眼模板的中游呢，以眼模板的制造商构成。目前市场上眼模制造商可以分为两类，一类是由金源厂、 idm 厂自己的眼模板生产厂，另外一类呢，则是由第三方独立的眼模板制造厂商。 根据三米的数据显示，全球百分之六十五的半导体用眼模板都来自金源厂或者 idm 厂自己的眼模板制造厂，包括中心国际、 ibm 等都拥有自己的眼模板制造厂。 并且由于眼膜板涉及到核心的芯片制造机密，金源厂、 idm 厂自主生产的眼膜板的规模占比还在逐年提升，从二零二一年的百分之四十左右的占比提升至二零一九年的百分之六十五。中心国际拥有目前中国大陆最大最先进的光眼膜制造设施， 可生产三百五十纳米到十四纳米各制成的光眼膜产品。陶润薇是国内光眼膜产量最大的厂商， 其野模板业务成功拓展至十二英寸产线。全球半导体野模板剩下的百分之三十五的市场呢，则由独立的第三方野模板厂商构成。这部分市场的集中度很高，大部分份额掌握在三家公司手上，分别是日本托 pan、 美国 fortronics 以及日本的 dnp， 占比分别为百分之十一、百分之十和百分之八。 其次呢，还有中国台湾光照等公司，但是呢，市场份额占比都比较小。截止二零二一年，全球半导体眼模板规模达到四十八亿美元，是半导体材料市场占比排名第三的材料 野模板，在二零二一年的增速达到了百分之十四点二九，但是其他年份的增长速度不快，六年的复合增速为百分之七点七二。中国野模板市场二零二零年市场规模为八点一五亿美元，占全球份额的百分之十九点四一。野模板呢，不仅是芯片加工的核心材料，也涉及到芯片 设计的核心机密，是金园长掌握的核心机密之一，重要性不言而喻。好了，下一期视频带你了解芯片过程中用到的那些特种气体，他们与普通气体有什么不一样呢？

光眼膜光照啊，就是半导体上有哈，他是制造目的，就是为了制造电子电路图的图像的模具啊。光眼膜他科有为电子电路的高精密度板哦，有表面纯平，带有一层落的石英板或是玻璃板制成的 啊，十颗后他曾流落了部分，极为电子电路图了。设计啊，这种板制板的方式在眼膜行业称为光透光眼模板，像我们日常生活照相使用的底片那样。哦，那这样子的时候去照相就会把啊，我们这底片啊， 把电子电路图印在这个底片上面，这样子把底片的这个电子电路图呈现在这个相片上面，相片就好像镜片那样，所以就把电子电路图转移过去，这个步骤叫拍腾圈十个图像，电子电路的转移是很重要的一个部分，叫拍腾圈十个。

而一张龟片要反复经过上千次这样的操作，才能雕刻出数以亿计的电子器件及其对应的电路连接，最终成为我们手机里的一枚小小芯片。 ok！ 以上就是光刻的基本原理以及简要的光刻流程，如果你有学到一些新的知识，记得一键三连， 那目前来说，整个光刻流程所必需的光刻机、光刻胶和光眼膜，他们的国产替代程度都很低，区别在于是基本依赖进口，还是大部分依赖进口，这些关键的材料设备，我们以后再单独分析。 这里只说一下相对次要的涂胶烘焙显影轨道式一体机，顾名思义，它是和光刻机搭配使用，用来给龟片提供除曝光以外的光刻一条龙服务，价格不算贵，只有光刻机的二十分之一。目前在国内的芯片厂中，涂胶烘焙显影一体机 基本被日本的敌人势和东京电子所垄断，尤其是后者试战率超过百分之九十。作为芯片制造的重要设备供应商，东京电子的知名度远不如聚光灯下的阿斯麦， 但在业内，他是一家举足轻重的厂商，设备涉足光刻胶土布清洗沉积和干法刻实等各个制造环节，尤其在目前最先进的 euv 制成光刻机是只有阿斯麦能做，而光刻胶土布只有东京电子能做。 这里顺便说一句，日本半道地产业曾经在八十年代如日中天，但随后在美国的科技制裁和贸易打压下逐渐凋闭， 而东京电子是其中极少数存活下来并进一步发展壮大的企业。关于上世纪末日本半导体的崛起与衰落，是一段非常值得当下我们借鉴的历史，想听的同学 可以在弹幕扣一，有机会的话我讲给你们听。扯远了，回到涂胶烘焙显影一体机，目前具备国产替代能力的只有沈阳的新原微，虽然试战率现在只有百分之四左右，而且由于技术和精度上的限制， 只能用于二十八纳米以上的制成，但能够打破日本厂商的垄断地位，实现从零到一的转变，对于我们争夺技术话语权，提高谈判意价筹码都是非常有意义的。 做设备和仪器是一件很难赚到钱又需要大量人才和资金的事情，其他国家几十年时间完成的技术积累很难在一息之间迎头赶上。 我在讲解芯片的每个生产环节时，都会对比一下国内外的差距，这不是要长他人志气，相反，作为一名进过工厂、留过片的工程师，时常用着英文的仿真软件、德文的操作界面、日 的仪器，说明我比任何人都希望有一天能用上中文界面的生产设备和测量仪器，我也相信这一天一定会到来。为此，绝不能盲目自信，固步自封，必须先冷静清醒的认识到差距在哪，才能用脚踏实地的态度来追赶。 到此就是本期视频的全部内容。当然，这期为了方便大家理解，我跳过了一些知识点和技术细节， 比如做深紫外光刻需要涂的抗反射层，水晶膜是光刻的隔水涂层，以及光眼膜肌变、光刻胶中毒等等问题，而不是说你舔一口光刻胶，你中毒了的问题，而是说光刻胶被污染导致他自己中毒失效的问题。还有像光刻机曝光的过程， 短短几秒钟的事情，里面的东西我可以讲上一整天，下一期我会讲讲光刻技术的进化史，以及光刻机厂商之间的战争史，看看一台光刻机里有些什么东西，凭什么卖他十个亿？工程师们又用了哪些丧心病狂的方法，才勉强让摩尔定律多撑了几年。 还有作为后起之秀的阿斯麦，如何在四十五纳米的技术路线之争中一战封神，带着三星台机电鸡犬升天。对半导体和芯片感兴趣的小伙伴别忘了点个关注，我是三圈，下期再见，招招！

一九六九年，刚刚成立一年的英特尔用接触式光客机生产出了他的第一款产品三幺零幺 s ram 存储芯片，两年后又推出了世界上第一美商用 cpu 英特尔四零零四。 然而说是说商用，当时却没有人能买得起，原因就在于接触时光客的生产量率太低，对光眼膜的损耗太大，导致芯片价格昂贵，只能用于科研和军工。但实际上，就连一项土豪的美国军方都嫌芯片太贵，尤其是空军， 因为开发导弹系统需要消耗大量芯片，所以美国空军在一九六七年联系了一家老牌光学设备厂商 perking amma， 希望能做出一种精度高，又不用把光眼膜压在光客胶上的光客机。拿到军方的合同后，经过数年的改进与开发， perking ammer 在 一九七四年推出了华时代的麦克兰一百，这就是目前主流光客机的出号机。而光客技术也在这一刻从接触渐进式踏入了投影式时代。 出号机的构造并不复杂，麦克兰采用反射型的投影方式，利用两片同轴的球面反射镜，把光影磨上了图形，经过三次反射投射在硅片上。这种对称的光路设计可以消除球面镜产生的大部分相差，让光刻图形达到理想的分辨率。 麦克兰的诞生，让芯片生成的两率从接触式光客的约百分之十，一夜之间翻了七倍，飙到了百分之七十。这一次光客技术的飞跃，导致了芯片价格的暴跌。一九七四年的摩托罗拉六八零零微处理器单价二百九十五美金，而第二年， 八名工程师从摩托罗拉跑路到了莫斯科技，他们用刚刚诞生的投影时光科技做出的莫斯六五零二，不但性能更强，而且只卖白菜价二十五美金，这就是技术代差带来的降维打击。 这里提到的摩托罗拉和莫斯科技，都是上古时期的芯片厂商，后来一家沉迷做手机，一家沉迷游戏机。而莫斯六五零二这款芯片，可能很多年轻的小伙伴都没有听过，但要是说起大名鼎鼎的任天堂红白机，以及时代的眼泪文曲星，都是基于莫斯六五零二的产品。 这里我做个小调查，用过文曲星学英语的同学请扣一，打过摩托罗拉的朋友请扣二。玩过小霸王学习界的叔叔阿姨请把你最喜欢的游戏发在公屏，反正在冒险岛和超级玛丽之间， 我会选双杰龙，因为他有二批模式，可以带我的臭弟弟一起打阿波波。总之，让芯片从高攀不起的奢侈品走入寻常百姓家，投影式光客机功不可没。 而 perking emma 也收获了巨大的商业成功，他们的销售口号非常简单，买了我家的光客机，省下十万张光眼膜。这对于当时用卡车买眼膜的半道题公司而言，诱惑极大。 一九七四年，第一台麦克兰一百就被德州遗弃，以九万八千刀的高价买下，是当年最先进的遮蔽式光科技价格的三倍。之后英特尔也迅速跟进， 虽然价格贵，但买到之后就发现捡到包了。因为省下的光眼膜都是小钱，最重要的是，芯片的生产量率翻了几倍，让芯片厂笑得合不拢嘴，同样笑 开怀的还有 perking ammer。 在推出麦克拉的第二年，光科技订单就供不应求，抢手程度如同眼下的阿斯麦，大量客户排到了一年后。作为此前连芯片公益都不太了解的光学设备厂商， perking ammer 在短短不到三年的时间就一跃成为半道题领域的头号供应商。 然而好景不长，随着芯片制成的极速缩小，芯体管密度按照摩尔定律每十八个月倍增，基于透镜组的步进式光刻机开始展露头角。 一九七八年，美国 gca 公司率先推出首款步进式光客机 dsw。 四八零零不久，随着两家日本厂商尼康和佳能的崛起，光客机从一比一投影时期迈入了缩放投影时机。而麦克懒纯反射型投影方式的弱点越来越明显， 比如反射镜很难用来完全消除球面相差，阻挡率高的反射光路，也导致数值恐性和图像分辨率太低。这些都让 perking emma 的光客机追不上更精密的芯片制成 等等。什么是相差分辨率？数之恐进？这些是衡量一个成像系统的重要参数，这里就要插入一些基本的光学知识了。还记得初中物理课上的凸透镜成像吗？ 在凸透镜前放置的物体，只要距离合适，就会在镜后的屏幕上投射出一个完美的倒立影像。 但完美只是理想的情况，实际上，物体各部分与透镜距离不等，距离远的部分成相近，距离近的部分成相远。所以最完美的成相面不是一个平面，而是一个曲面，这就是基本相差的一种向场弯曲，简称 厂区。很多早期的平价相机为了让图像质量更好，会设计成拍照时让底片弯曲来完成曝光，以迎合曲面向上。但传统硅片脆度高，是不能被掰弯的，所以光客机必须要通过复杂的镜头组合来抑制厂区。 另外，不知道在上小学的时候，你有没有拿放大镜烧过蚂蚁，此时放大镜和蚂蚁之间的距离叫做焦距。凸斗镜的能力就是让光线折射汇聚在一只蚂蚁，而不对汇聚在一个焦点上。 但这其实也只是理想的情况。实际上，平行光在球面透镜的边缘和中心部分的折射程度是不同的，凸透镜边缘处的折射幅度大，对应的焦距会缩短，呈上距离前移，而凹透镜则刚好相反。这种由于焦距偏差导 至球面透镜边缘处的成像模糊，就叫球面相差，简称球差。所以光客机中要用凸透镜和凹透镜的组合，或者是使用非球面镜来消除球差。与之类似的现象是色差。我们看见的颜色取决于可见光的波长， 而不同波长的光在透镜中的折射程度不同，无法汇集在同一焦点，这同样会导致成像问题。因此相机镜头也会用凹凸透镜的组合来抵消色差。 当然，我们做光客用的不是复合光，通常是单一波长的紫外光，色差问题可以不考虑，但相差问题除了前面提到的厂区和球差，还包括会差、向散和积变，这些应该是摄影拘押不足的活，我就不展开讲了。

什么是光眼膜？光眼膜，或称光照制造外文明 photo two 或称 photomax。 在半导体制造的整个流程中，其中一部分就是从版图到惊人制造中间的一个过程， 这个过程叫光艳膜。光艳膜是半导体制造中衔接的关键部分，是造价最高的一部分，也是限制最小限宽的瓶颈之一。光艳膜除了应用于芯片制造外， 还广泛地应用于像 lcdpcb 等方面。常见的光眼膜的种类有四种，分别是个板、 crown 单板、凸板、液体凸板。主要分两个组成部分，基板和不透光材料。感谢收看！