光刻|国产芯片有救了？中科院5nm激光光刻研究全新进展
先和大家分享一个好消息：
中科院搞定了一项新技术 ， 可以用激光在靶材上加工出宽度最细5nm的物理结构 。 和之前的同类技术相比 ， 保守估计 ， 工作效率提升了差不多一万倍左右 。
完整版在这儿：
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见多识广的朋友 ， 应该已经回想起了之前“中国光刻机技术落后明显 ， 无缘5nm先进制程”的消息 ， 再一看今天的报道 ， 5nm线宽的光刻技术已经被中科院掌握——OK ， 咱们的国产芯片 ， 从此翻身做主？
很遗憾 ， 现实并没有那么简单——但也确实没有想象中那么悲观 。
先说两个结论：
这次技术进步 ， 其实和之前曾经热门的光刻机没有直接关系——虽然名字里同样带个光刻 ， 但这两个概念从原理到工艺都是彻彻底底的两码事 ， 不可混为一谈 。
但在另一方面 ， 虽然无法直接推动国产光刻机硬件升级 ， 但中科院的这次技术进步 ， 对于国产芯片来说 ， 确实意味着立竿见影的制造工艺提升——无论是不计成本的军工核心部件 ， 还是大规模生产的消费级芯片 ， 都可以从这次的技术进步中直接受益 。
行了 ， 让咱们详细聊聊这个事儿：
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在不少朋友的印象中 ， 光刻机的功能原理顾名思义 ， 就是像刻刀一样在硅片上雕刻出各种极细的沟槽 ， 为进一步加工集成电路做好准备；
这是我在《中芯国际用不上EUV光刻机 ， 是技不如人还是咋回事？》一篇中提到的观点 。 不过 ， 虽然和光刻机的真实原理差了十万八千里 ， 但这种印象和中科院这次的光刻新技术相比 ， 确实有不少相似之处：
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在半导体加工领域 ， 有一种名叫FIB（focused ion beam ， 聚焦离子束）的工艺 ， 顾名思义 ， 就是利用加速聚焦过的高能离子束 ， 照射在靶材上加工出特定的物理结构 。 这项技术最早成型于20世纪70年代 ， 但真正走出实验室开始商业化 ， 基本都是近20年的事儿 。
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不过 ， 虽然已经进入了极限精度加工的领域 ， 但和目前芯片行业动辄10纳米以下的线宽相比 ， 传统FIB工艺的加工精度明显差了一个量级——上图当中的西安电子科技大学校徽直径是20微米 ， 1微米＝1000纳米 ， 大家可以简单估算一下构成这个校徽的线条有多宽 。
搞明白这一点 ， 对比一下中科院这次研究成果的参数 ， 进步幅度可谓一目了然：
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设计思路和FIB基本一致 ， 但加工精度直接提升到了纳米级个位数的水准 ， 再凭借加工效率的全面提升 ， 走出实验室投入商业化生产的潜力 ， 已经是清晰可辨了 。
——但即便如此 ， 指望利用这种光刻技术来直接生产手机芯片 ， 依旧是远远不够的 。
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事实上 ， 目前主流的商用光刻机作用的介质并不是硅片 ， 而是覆盖在硅片上的光刻胶——在硅片上均匀覆盖好这种涂层 ， 然后通过光刻机将掩膜上的沟堑（也就是芯片的设计图）曝光转印到光刻胶涂层上 ， 经过固化和溶剂显影 ， 最终在晶圆上完成了芯片制造的蚀刻环节 。
——《中芯国际用不上EUV光刻机 ， 是技不如人还是咋回事？》
打个比方来说 ， 生产芯片的光刻机产品形态更类似于印刷机 ， 而中科院这次的激光光刻新技术 ， 在形式上更接近于手写笔——即便两者的加工精度相差无几 ， 悬殊的生产效率带来的成本差异 ， 注定让“印刷品”短时间内不可能被“手抄本”取而代之 。
没错 ， 归根结底 ， “中科院5nm激光光刻救不了国产芯片” ， 其实是个经济问题 。
但即便如此 ， 中科院这次的研究成果 ， 对于国产商用芯片的制造 ， 依旧具备不可替代的价值：
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如上图所示 ， 目前的主流光刻机制造芯片的原理 ， 都是将掩膜（Mask）上的设计图转印到光刻胶上——那么问题来了 ， 我们应该如何将设计图“写”到掩膜上呢？
直接对靶材（掩膜）进行物理加工 ， 且精度要求极高——行了 ， 这下应该不用解释了吧 。
即便无法直接加工芯片 ， 至少可以制造出加工芯片必不可少的关键部件——没错 ， 这才是中科院5nm激光光刻新技术对于国产芯片行业的真正价值所在 。
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如何拯救工艺落后的国产芯片 ， 是一个复杂的系统问题 。
很明显 ， 我们不能指望一两家企业单凭一腔热血就来填平所有的技术短板 。 我们需要的 ， 是一个上下游全面崛起的完整行业——从材料供应到机械加工 ， 从数字设计到模拟测试 ， 每一个环节 ， 都需要有独当一面的企业和研究机构来坐镇 。 这注定是一场漫长而艰难的技术长征 ， 但除了不屈不挠地走下去 ， 我们别无选择 。
中科院苏州数字纳米所的5nm激光光刻新技术 ， 是这场长征中的一块里程碑 。 它并不是开始 ， 更不是结束 ， 只要我们坚持走下去 ， 在可以遇见的未来 ， 会有更多同样的里程碑出现在路边 ， 指引我们走向那个遥远但并非遥不可及的终点 。
【光刻|国产芯片有救了？中科院5nm激光光刻研究全新进展】加油吧 ， 任重而道远的国产芯片 。
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