光刻机|光刻机的世界级制造难度，国产光刻机的坎坷之路
文章图片
文章图片
文章图片
光刻机是什么呢？是制造芯片的机器 ， 而芯片是整个手机的心脏 。
那光刻机的原理是什么呢？如同冲洗照片 ， 但又有差异 ， 可以说洗照片是把小的底片放大 ， 但光刻机的是把大的底片缩小 ， 也就是把电路图缩印到晶圆衬底上（类似相纸） 。
那么 ， 为什么由一个简单的原理制造的机器 ， 门槛那么高呢？
精度 ， 也就是加工的精度 ， 由量变引发的质变才是光刻机的难处 。 举个例子 ， 给你一个电路图 ， 如果要画到一张A4纸上很简单 ， 如果要画到一张邮票上就困难一些 ， 如果要画到一粒沙子上就更困难了 。 但如果把这个沙子放到一个赛车的挡风玻璃上 ， 让你开另外一辆赛车 ， 一边追一边画 ， 还不能出错 ， 就几乎不可能 ， 虽然它们都叫一个名字—画电路图 。 所以光刻机也分低端和高端 ， 10nm以下是高端的 ， 你可以理解为笔的粗细 ， 笔越细越高端 ， 同样一粒沙子 ， 笔越细画的东西就越多 。
目前光刻机制程领域的最高工艺是5nm ， 仅仅相当于50个原子的宽度 。 在这种极致的要求下 ， 任何的细节被忽略都是一场很大的灾难 。 比如说振动 ， 这种精度下 ， 任何振动都极度的敏感；比如说关个门 ， 结果可能都会灾难性的 ， 所以必须要搭配一个极端精密的减震系统；再比如光源 ， 它是画图用的 ， 它必须频率稳定 ， 能量均匀 ， 平行度高 ， 就像那个笔 ， 它不能一会儿粗 ， 一会儿细 ， 一会儿没水了 ， 一会跑歪了 ， 任何曝光不准都会严重影响成像 ， 所以它需要光束矫正器 ， 能量控制系统一系列辅助设备；再比如掩模板 ， 就是那个底片 ， 在掩模台上运动控制精度必须nm级别 ， 稍有偏差 ， 成像就会有问题；再比如反光镜 ， 它是引导光线的 ， 精度以皮米计算 ， 也就是万亿分之一米 ， 如果反光镜的面积有整个德国那么大 ， 那么最高的凸起不能超过一厘米；再比如透镜 ， 它是把电路图按比例缩小的 ， 如此庞大的体积 ， 让光线穿过层层叠叠的镜片 ， 多次折射不出偏差 ， 最终达到nm级别的光刻精度 ， 所以镜片的纯度、打磨难度和组装难度可想而知 。
而在生产的过程当中 ， 人类又成了最大的污染源 ， 普通人每天要带一些10亿个皮肤微粒 ， 所以无尘车间的要求也同样极高 。 在如此高难度之下 ， 没有任何一家公司可以独立完成所有的环节 。 即使高端光刻机领域的绝对领先的阿斯麦ASML ， 核心优势也是在设计和组装校准 ， 十多万个零件绝大部分都是外包 。 比如光源采用的是美国的Cymer ， 透镜是德国的蔡司 ， 一个看似简单的原理 ， 在超高精度的资源下 ， 需要结合光学、材料、控制、电子、机械、化学等最顶尖的技术 ， 才能最终完成这一人类历史上几乎最精密的机械 。
目前全球光刻机领域的龙头老大是荷兰的ASML ， 占领了80％的市场 ， 日本的尼康和佳能已经被ASML完全击败 ， 最先进的EUV光刻机只有ASML能够生产 ， 大家所使用的的手机的处理器、电脑的CPU、大部分是ASML的光刻机制造出来的 。 当前荷兰ASML的7nm极紫外光刻机（EUV）已经非常成熟 ， 市场上苹果A12处理器、华为麒麟980处理器 ， 高通的骁龙855处理器和865处理器 ， 均是由台积电使用ASML的7nm光刻机代工生产的 ， 更有消息称ASML已经开始生产5nm制程的光刻机了 。
阿斯麦的组件供应商
对我国而言 ， 一直以来都难以制造出最先进的光刻机 ， 这也成为了我国半导体行业永远的心病 。 为了获取最新的光刻机 ， 我国中芯国际公司不惜砸下重金于2018年向ASML订购了两台光刻机 ， 其中就包括一台EUV光刻机 。 然而直至今日 ， ASML公司也没有完成交付 ， 有些人说是因为美国从中阻扰 ， 而有些人则认为是荷兰政府不答应 ， 总之说到底 ， 我国要拥有光刻机的自主产权 ， 才能彻底不受制于人 。
实际上 ， 我国也是一直在光刻机的发展上不断努力 。 目前 ， 我国最先进的光刻机制造厂商上海微电子装备公司——SMEE ， 目前能够量产90nm的光刻机 ， 但相比ASML光刻机的7nm工艺 ， 90nm制程工艺显然是远远不够的 ， 相比而言可以说是落后了十几年 ， 欣慰的是 ， 我国并没有放弃在光刻机领域的深耕 。
【光刻机|光刻机的世界级制造难度，国产光刻机的坎坷之路】
上海微电子公司也在不断进步着 ， 近年来 ， 随着我国在半导体行业投入了大量资金 ， 这些公司也逐渐发展了起来 ， 而国产光刻机与荷兰顶级光刻机之间的差距也在慢慢的缩小 。 前段时间上海微电子厂更是传来了一个好消息 ， 那就是我国已经能够紫外线光源 ， 实现22nm分辨率的光刻机了 。
这个消息意味着我国光刻机产业即将迎来曙光 ， 一旦技术成熟 ， 我国将能够实现越级生产出22nm光刻机 。 当然了 ， 单凭一家企业是无法独立完成光刻机的制造的 ， 对我国来说 ， 光刻机的零部件还需从国外进口 ， 光刻机的发展还是一个漫长的过程 。
总而言之 ， 虽然西方国家掌握了当前光刻机技术和供应链 ， 但是随着我国在光刻机领域的不断投入 ， 迟早会有弯道超车的一天 。
推荐阅读
- 腾讯控股的保险代理平台“微保”被深圳银保监局处罚
- 成龙的功夫是杂技，洪金宝胖的不灵活，周比利评价两人实战能力
- 凉茶|凉茶最大的问题不是添加西药，而是冒充饮料
- 台风|里弗斯谈独行侠：不会忽视有联盟前五球员的球队
- 高考遇洪水,交警铁骑送 景德镇考生的＂国宾待遇＂
- 未来的大学生活“长啥样”？ 来看学长为你写下的万字指南
- 不起眼的朗姐|和老人出去旅游，为什么会觉得心累？网友：只要老妈身体允许以后还要带她去，哈哈哈哈
- 粤游记|旅游就该诗酒趁年华，带你一起到东京，我们玩点不一样的！
- 三分钟游世界|云南新走红一座公园，门票高达100元，但去过的游客都说好
- 识别“95”号段中的“李鬼” 这些小技巧要掌握!