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近几年来,随着以美国为首的西方国家与中国贸易关系逐渐恶化,国内一些高精尖技术行业暴露出越来越多的问题,而西方对光刻机的垄断就属于其中之一。
首先我们下面几个点切入今天的问题:
首先,我们需要先弄明白光刻机是做什么的。
顾名思义就是指通过光学手段将石英掩膜板上的电路图案投影到涂满光刻胶的硅片或面板上,然后经过药液清洗掉与光发生化学反应的光刻胶(这里特指正性胶),这个过程相当于在基底上临时构建了器件或电路结构。
这里为什么叫临时构建,因为在经过光刻后,后续还需要刻蚀机对没有光刻胶覆盖的下膜层进行真正意义的刻蚀从而形成电路器件,所以光刻这一步相当于是“领路”,告诉刻蚀机哪里可以刻,哪里不能刻。
目前行业内的一台高端扫描式投影式光刻机光是单价就高达1亿美金,其中单是零部件数量就高达上万个,这里面涉及到的精工制造可以说是集全球之大成,我们称之为“工业之花”并不为过!
光刻机因其工作原理,大致由照明系统(IU)、掩膜板\硅片Scan机台、Lens投影系统、自动多位、减震系统、环境温湿度循环系统等等等等精密单元构成。
比如说照明系统,其中的光源,由于工艺需求,且不说体积大小,要做到功率足够高、稳定性强就是一大难度。光源有了,我们再谈对光源的调控能力,从某种意义上说光是一种能量,那么对能量的均一性及其强度又是另一座大山,当然国内也能做出,但是其性能就远远不如国外。
在半导体行业,面板光刻机工艺精度通常为微米级,而晶圆生产工艺的精度更是nm级。这个量级,远远超出了人眼光学分辨的能力,几乎是一千分之一头发丝大小。
你可以把光刻机想象成一台巨大的照相机,它的作用是把一套非常复杂、有着几十亿条线路的图像给拍摄到一张非常小的底片上。
光刻机对晶圆的光刻是芯片生产中最复杂、最关键、耗时最长、成本最高的步骤,其原理图如下图所示,简单来说,你需要光源、被照射的物体【掩膜】、透镜、底片【晶圆】。
现在最先进的光源是极紫外光光源,要知道这个光源可不是随便谁那个手电筒一照就算是光源了,而是要求这束光有很高的能量,并且还要求光源频率稳定、能量均匀、平行度高,等等,所以需要及其复杂的结构来产生、调整光源,产生的光需要经过光束矫正器、能量控制器、光束形状设置、遮光器等一系列的机构。下图就是光刻机里面最先进的能够产生极紫外光的光源了,其复杂程度可见一斑。
这部分系统由掩膜版和掩膜台组成。
掩膜版就是承载着芯片线路设计图的玻璃板,能够把这么复杂的电路给缩小到玻璃中,难度可想而知有多高。现在市场上的报价贵的要几十万美元。
而掩膜台是安放掩膜版的地方,这可不是随便找个地方把掩膜版一放就行的。就好像人在拍照的时候不能乱动,不然很容易拍糊了一样,掩膜版的位置必须要十分精确。为了保证掩膜版的位置及其精确,需要一整套复杂的系统来控制它的运动,保证达到纳米级的精度。
所有搞摄影的人都知道,相机不贵,贵的是镜头。而为了保证成像的光能够在传播过程中不发生变形,光刻机的“镜头”可是个复杂的大家伙,是由世界上最顶级的光学仪器制造商蔡司负责设计制造的。
下图就是光刻机的透镜系统,这庞大的体积、中间层层叠叠的镜片,是不是相比之下,什么“大三元”镜头都弱爆了?
简单说,就是难在精密度上。因为一台好的光刻机要在nm级个位数。也就是10nm以内。
上海产的光刻机能达到90nm,现在的高水平是7nm,在nm级别上玩产品,是对一个国家综合能力的体现,一台好的光刻机需要很多领域的精密制造和精密控制。
十年树木,百年树人。真正的突破制少要三代人的真正努力。
所谓的弯路超车如同掩耳盗铃,仿造和研发所用时间是不一样的,十年树木,百年树人。
这次美国对中兴的制裁,确实让中国感到了“芯”痛!
中兴没有“芯”,美国一制裁,自然就“心”被挖走了一样,董事长说,美国的制裁让中兴立马处于休克状态,我觉得这个一点也不假!
难道中国对无芯的工业不感到焦虑吗?不是的,确实,要造一颗芯,在中国的工业水平不高,国外禁运的前提下,要造出他确实不容易。
芯片这个产品,要造出它,需要设计、制造、封装、测试等一系列的产业链,在这方面,就连世界唯一超级大国美国的一些零部件也需要欧洲日本进口,作为中国来说,工业起步比他们要晚,自然难度就更大了。
光刻机是制造芯片的一个核心的机械,所谓的光刻,其实也就是类似于木工的木斗,类似工业放样的角色。
目前,光刻机市场基本上是阿斯麦(ASML)垄断了80%以上的高端份额,也就是说,45nm以下的市场,基本就是它独步江湖了。但这个企业没在美国,而是在荷兰,是原来老牌的电子企业飞利浦旗下的企业。
光刻机是一个非常综合化的机械设备,牵涉到光机电等一系列的基础科学,美国尚且不能造出很好的产品,它也只能通过Intel等企业去投资这个企业,以获得优先的供货权利。
在中国,其实也能造出光刻机来,只是精度差一些罢了,这个企业叫上海微电子,要是上市,我估计现在它肯定涨爆了。
因此,光刻机造不出来,只是我国工业发展水平离欧美日还有差距而已,假以时日,造光刻机会如同造螺丝刀一样方便的。
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