仅2国能造,比原子弹还稀有!
华机展  2021/03/05  
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 中国“卡脖子”技术专栏 


第一期主角:光刻机


原子弹作为世界强国的战略性武器,其制造难度非常高,目前世界上仅有9个国家拥有制造技术。


而本期的主角——光刻机,特别是高端光刻机,其制造难度甚至比原子弹更难,目前地球上仅有两个国家能够掌握,分别是荷兰和日本。

每套系统售价上亿欧元的阿斯麦EUV光刻机


01、光刻机是什么?


简单来说,光刻机就是以光作为刀片,在晶圆上刻画芯片图纸的机器,是芯片生产加工最基础也最关键的一环。

整个光刻过程可以理解为,把设计好的芯片图案印在掩模上,再用激光穿过掩膜和物镜,把芯片的图案曝光在光刻胶涂层上。这有点类似于照相机底片曝光,但要更加精密。


光刻机被誉为“人类半导体工业皇冠上的明珠”!一台光刻机由数万个部件组成,是一种集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域顶尖技术的产物。



02、为何比原子弹还难造?


一台先进的光刻机有10W个零件(一辆汽车大概是5000个零件),其对技术、精细度、速度的要求高到令人难以想象,温度、湿度、光线等都会影响到最终的成败。

业内专家这样形容,“相当于两架大飞机从起飞到降落,始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀,在另一架飞机的米粒上刻字,不可以出差错。”


在一台尖端光刻机上你会看到全世界各国顶尖技术的荟萃:德国提供蔡司镜头技术设备,日本提供特殊复合材料,瑞典的工业精密机床技术,美国提供控制软件、电源等等。

世界上每一个国家都不能依靠自己制造出先进的光刻机,现在的高端光刻机是世界各个科技强国共同合作的结果。从这个角度考虑,造光刻机真的比原子弹还难。

对于我国来说,研发制造光刻机更加困难。其难点主要在“超高精密加工”,想要造出先进的光刻机,首先得具备超高精密加工技术,紧密装配和准确移动等多种顶尖技术,对于精度的要求极为苛刻。

就比如说用于反射光源的各种高精度反光镜,加工这些镜头得有高精度的磨,目前世界上也只有两三个国家有这种磨床。除了高精度磨床之外,镜头的抛光是由人工来完成的。在这方面,德国蔡司的顶尖镜头制造技术独步天下。



03、国外巨头垄断光刻机市场,国产高端光刻机奋起直追!


光刻机被誉为芯片之母,国产芯片的匮乏一定程度上源于光刻机的无力。当前,全球各种类光刻机市场主要被荷兰的ASML、日本尼康和佳能三大巨头所垄断,其中,能够制造EUV光刻机的只有ASML一家公司。


这款光刻机属于第五代光刻机产品,能够实现7纳米及以下的集成电路工艺。然而,由于美国持续打压的原因,中国几乎很难从ASML公司进口EUV光刻机,这些核心装备是用钱买不来的,只能靠中国人自己的智慧和双手。


在美国“搅局”,荷兰不卖的情况下,中国高端光刻机的出路在哪?事实上,自力更生对我们来说就像基因一样深深刻在血液里。

早在2008年,我国就专门成立了“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”,加快国产光刻机的技术攻关。自专项实施以来,已逐渐取得了一系列可喜的成就。

2017年6月,由中国科学院长春光机所牵头研发的“极紫外光刻关键技术”通过验收;

2018年11月,由中科院研制的“超分辨光刻装备”通过验收,其光刻分辨力已达到22纳米,结合双重曝光技术后,未来还可用于制造10纳米级别的芯片;

2019年,由清华大学和北京华卓精科负责的双工件台系统也完成研发和试产基地建设,中国成为仅次于荷兰ASML第二个掌握该项技术的国家;


此外,作为国内光刻机的顶级厂商代表,上海微电子已计划在2021年交付国产28纳米光刻机。该款光刻机属于第四代光刻机产品,虽然与ASML的EUV光刻机仍有着1代的差距,而且也能从国外进口同类型的光刻机,但这至少表明国产光刻机已取得了很大的突破,同时降低了被卡脖子的风险。


更可喜的是,近期国产光刻机再次传来了好消息,据中国激光巨头大族激光所公布的消息显示,目前它们公司旗下所研发的3-5μm分辨率的国产光刻机已经正式实现了小批量销售。其90%的核心零部件实现了国产化,可以说在一定程度上打破了国外的技术垄断。

“工欲善其事、必先利其器”,不难想象,如今美国在芯片领域对我国的“卡脖子”行为,会加速中国光刻机的独立自主研发,可以说,国产光刻机的全面崛起已蓄势待发!

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