近日,知乎上的一个问题引发了网友的关注,“我国的光刻机开发得怎么样了?”在新闻中,我们经常可以看到关于光刻机在我国的研制进展,然而它是做什么用的,在我国的发展水平,你真的了解吗?或者是,真的像新闻说的那样,达到了世界先进的水平吗?
光刻机(Mask Aligner),也称掩模对准曝光机、曝光系统、光刻系统等。所谓“光刻”,就是用光来制作一个图形,具体操作大概是——在硅片表面匀胶,然后将掩模版上的图形转移光刻胶上,即将器件或电路结构临时“复制”到硅片上。一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。
由于光刻机的制造和维护需要高度的光学和电子工业基础,而全球也仅有几家制造商掌握,而它又是生产大规模集成电路的核心设备,不少国家和企业都希望获得这项技术从而开展自身的研发。这样的形势导致光刻机价格高昂,且有钱也不一定能买到,价格通常在3千万——5亿美元不等。
目前,可以生产光刻机的主要厂家包括ASML、尼康、佳能、欧泰克、SMEE上海微电子装备、SUSS、ABM等,位于荷兰的ASML是世界上光刻机技术较为成熟的企业。
据悉,上海微电子装备计划于2021年交付首台国产28nm的immersion光刻机,即使这一技术的交付对比ASML有着近20年不足,但对于国内光刻机制造来讲,已经将要跨出了很大的一步。
看到这里,你可能会明白了,我国的光刻机技术并不先进,甚至可以用“相对落后”来形容。光刻机直接限制了相关电子设备的发展,例如华为的芯片制造,由于它没有自己的芯片加工厂,长期以来一直在依靠台积电、中芯国际来代工。而长时间以来,美国对华为的施压始终存在,华为不得不调整自己的采购方向。
但是,有一个关键的问题,华为的手机产品使用的芯片为7纳米,而这类尺寸的芯片只能依靠ASML的EUV光刻机(7纳米)来量产。但是中芯国际并没有这个光刻机,此前,该公司曾向ASML订购了EUV7纳米光刻机,但是美方的频频施压令ASML始终没有发货,后来中芯国际受收到了ASML发来的另外一台非EMU技术的光刻机,虽然对该公司的光刻技术有一定的研发参考作用,但仍旧无法对华为需要的7纳米芯片进行量产。
2019年,台积电、三星电子、英特尔分别都收到了ASML的EUV光刻机,因此华为如果想加工它的7纳米芯片,只能找这些公司,但分析来看,只有三星电子或许有一些可能。
首先,美方对于台积电的控制大家都有一定了解,为限制华为的技术发展,美方限制台积电对华为提供芯片等技术的加工;而英特尔是美国的企业,更不可能放无视国家的管制措施来加工华为的产品;只有三星电子,在我国近期与日韩公司合作的范围内。至于其它光刻技术的公司,目前没有ASML的EUV光刻技术,而等技术研发出来,不知道要到猴年马月。
据一位从事光刻技术研发的网友介绍,半导体、芯片这类行业事实上很庞大,不是像人们想象那样,拿着高额的工资,做一些炫目的技术操作那么轻松。从硅的采集、提纯,到晶圆的切割、光刻八步,再到刻蚀、芯片测试,最后封装,每一个步骤对技术的要求都及其严苛,而“光刻”是成本最高、经验最匮乏的一步。
总体来看,我国的光刻技术还有很长的路要走,不过中国科学家们的智慧是无穷的,我们已经走过了两弹一星的光辉旅程,相信一定会在“光刻”之路继续前行。