如果半导体是人类工业史上的一顶皇冠,那么光刻机就是这顶皇冠上的明珠。
光刻机又名曝光机,是生产大规模集成电路的关键设备,将电路结构临时”复制”到涂有光刻胶硅片上的过程,制造和维护需要高度的光学和精密制造技术。高端光刻机被称为“现代光学工业之花”,制造难度很大,全世界只有少数几家公司能制造。
目前世界最先进的光刻机是荷兰ASML(阿斯麦)生产的EUV(极紫外光源)光刻机,它核心技术集中在四大领域:顶级的光源(极紫外光系统)、高精度的镜头(物镜系统)、精密仪器制造技术(工作台)、高端化学材料。
极紫外光系统来自于美国公司Cymer,一种波长极短的极紫外光,该技术是使用激光产生等离子源产生13nm的紫外波长。这种光源工作在真空环境下,产生紫外波长,然后由光学聚焦形成光束,光束经由用于扫描图形的反射掩膜版反射,由于极紫外光的固有特性,产生极紫外光的方式十分低效。能源转换效率只有 0.02% 左右。
蔡司镜头
高精度镜头采用蔡司技术,蔡司是德国历史悠久的光学仪器厂商,其产品向来是“高贵”的代名词。同样的一个镜片,不同工人打磨,光洁度相差十倍。镜片材质均匀,更需要几十年甚至上百年的技术沉淀,EUV光刻机采用的镜头要求:制作一个地球面积大小的镜头,误差在一根头发大小。
精密工作台,工作台要求:绝对稳定的工作环境,芯片的曝光必须在真空中,并且采取恒温技术,工作室的空气要比外界干净1万倍,工作台高速运动期间,系统不能振动。而光刻机要多的事情,就好比在真空、恒温、无尘、高速运动的环境中,在一粒米上雕刻清明上河图,机械动作误差为皮秒(百万分之一秒),这些基本都是挑战人类极限的工作。
高端化学材料:光刻还需要大量的高端化学材料,如光刻胶等,这些高端化学材料又掌握在日本企业手里。
单台EUV设备里超过十万个零件、4万个螺栓,以及3000多条线路。仅仅软管加起来,就有两公里长,这么一台庞大的设备,重量足足有180吨。安装调试就需要几个月。
美国封杀华为的主要方法就是“断芯”。
一是禁止美国芯片公司向华为出售芯片;二是禁止芯片制造公司为华为制作芯片;三是禁止中国企业购买含有美国技术的先进光刻机。
美国对华为的芯片禁令,首当其冲的就是麒麟芯片,然而还不止这些。
麒麟芯片
华为海思设计的芯片,AI芯片 昇腾系列、服务器芯片 鲲鹏系列、5G通讯芯片 巴龙、天罡系列、路由器芯片 凌霄系列等,这些芯片也全部受到美国限制。
没有芯片,再好的产品都做不出来,而如今破解芯片问题的关键就在光刻机。
那么中国有没有能够制造光刻机的企业呢?制造水平有多高呢?和ASML的极紫外光刻机差距多少呢?
大家一起来看看上海微电子。
上海微电子装备有限公司坐落于张江高科技园区内,邻近国家集成电路产业基地、国家半导体照明产业基地和国家863信息安全成果产业化(东部)基地等多个国家级基地。公司成立于2002年,主要致力于大规模工业生产的投影光刻机研发、生产、销售与服务,公司产品可广泛应用于IC制造与先进封装、MEMS、TSV/3D、TFT-OLED等制造领域。
上海微电子的主要产品包括:
600扫描光刻机系列—前道IC制造、500步进光刻机系列—后道IC、MEMS制造、200光刻机系列—AM-OLED显示屏制造、硅片边缘曝光机系列——芯片级封装工艺应用、精密温控系列—光刻机、刻蚀机应用、精密温度控制解决方案。
光刻机的精密程度
6月5日,媒体消息,上海微电子将于—交付第一台28nm国产沉浸式工艺光刻机。
尽管与世界最先进的5nm制程仍有很大差距,但是这标志着偶国的光刻机技术正在突破。
一旦技术成熟,意味着28nm光刻机将在中国问世,这将推动国产芯片的进一步发展,同时也给其他平板印刷厂家带来了信心,这将有助于推动更多的厂家共同打造国产光刻机,提高中国在国际市场之上的竞争力。
大家期待着上海微电子的官宣28nm光刻机。
那么28那么光刻机技术与最先进的ASML的EUV光刻机差距有多少呢?
而最先进的EUV光刻机,在台积电的生产技术下,已经成功量产5nm芯片,苹果A14、麒麟9000已然应用于手机上,3nm工艺制程也在试验阶段,上海微电子的28nm工艺与ASML的5nm工艺相差4代。
这4代之差,不仅仅是简单的数字,更是数十年的经验积累,而10nm以内的设备零部件更是被封锁,7nm、和5nm制作技术也是台积电等企业的核心技术,更是不可求。所以每进步一次,下一步就更困难。
所以,中国的自主光刻机任道而重远,希望大家共同努力。
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