• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      今天能否像研制“兩彈一星”那樣攻克光刻機?

      2022-06-14 03:09:41杜瑋
      中國新聞周刊 2022年20期
      關(guān)鍵詞:光刻機光刻阿斯

      杜瑋

      圖/視覺中國

      2018年,國內(nèi)芯片制造商中芯國際花費超過1億美元訂購一款極紫外光刻機,之后因為美方阻撓而不可得。這一“半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠”的重要性由此凸顯。極紫外光刻機(EUV)能完成7納米以下先進工藝的雕刻,荷蘭的阿斯麥公司是這一類型光刻機的全球獨家生產(chǎn)商。沒有先進光刻機,就意味著華為先進制程的手機芯片難以制造。而目前,國內(nèi)能量產(chǎn)的是90納米工藝節(jié)點的光刻機,較國外落后了數(shù)個技術(shù)代。

      整個芯片制造過程,可能需要數(shù)十次光刻,光刻工藝成本約為整個芯片制造工藝的30%,耗時占整個芯片生產(chǎn)環(huán)節(jié)的 40%~50%。光刻機是芯片“出生”過程中必不可少的工具。

      一直以來,讓公眾有疑問的是,這一“卡脖子”的設(shè)備究竟卡在哪?我們能否像當年攻關(guān)“兩彈一星”一樣實現(xiàn)光刻機的國產(chǎn)替代?

      光刻機被“卡脖子”,卡在哪?

      光刻技術(shù)的原理并不復(fù)雜。光源通過透鏡,將掩膜版上的芯片設(shè)計版圖投影到晶圓上。這有點像上學(xué)時,老師將幻燈片投影到幕布上。晶圓上涂抹著對光刻敏感的光刻膠,被光照到的部分,光刻膠會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)溶解。這樣就在晶圓上顯現(xiàn)出芯片設(shè)計的“施工圖”,再經(jīng)過刻蝕、離子注入等一系列操作,形成具有導(dǎo)電性能的“樣板房”。

      光刻技術(shù)早在1960年代就被發(fā)明出來,但直到1978年,美國GCA公司才推出現(xiàn)代意義的自動化步進式光刻機。所謂步進式,就是每次曝光時,不曝光整個晶圓,而是一部分一部分地曝光。在這過程中,晶圓臺不斷移動。此后,光刻機的發(fā)展總體沿著步進式的路線不斷向前。根據(jù)光刻機選用光的種類、透鏡鏡頭數(shù)值孔徑的不同,光刻的精度在不斷提高。

      國內(nèi)一位光刻技術(shù)領(lǐng)域的權(quán)威專家對《中國新聞周刊》解釋說,先進的光刻技術(shù)之所以難以替代,一方面在于光刻的高精度,一方面是高速度。根據(jù)阿斯麥官網(wǎng)介紹,其最新一款勝任3納米和5納米制程的極紫外光刻機,每小時曝光的12英寸晶圓數(shù)量到達160片。在其官網(wǎng)對于先進的光刻技術(shù)這樣寫道:掩膜版和晶圓臺要保持超高速同步行動,二者的運動方向相反。由于掩膜版上比晶圓片上圖案要大,因此二者要分別以15g和5g的加速度施展“凌波微步”,這比噴氣式飛機起飛時加速度還大。每次曝光,晶圓臺以納米級的精度移動,每秒檢測和調(diào)整位置20000次。但過程中,不能產(chǎn)生絲毫振動,這對于生產(chǎn)出合格的芯片至關(guān)重要。阿斯麥最新款極紫外光刻機的“身價”不菲,售價達2億美元。

      前述光刻技術(shù)權(quán)威專家說,以阿斯麥最先進的極紫外光刻機為例,如果芯片生產(chǎn)的線寬要求是10納米,機器產(chǎn)生的偏差要不超過10%,即1納米,線寬要保證非常均勻。再者,芯片通常是一層層平面工藝堆疊而成,層與層間套刻、對準的偏差不能超過兩個納米。

      按照計算光刻機分辨率的公式,想要提升光刻機的精準度,就要減小光的波長,提高鏡頭的數(shù)值孔徑。光刻機發(fā)明至今,光源從波長436納米的藍光一路演進到不可見的極紫外光。阿斯麥極紫外光刻機光源波長為13.5納米,僅相當于人類頭發(fā)直徑的萬分之一,比上一代光刻機193納米的波長減少了90%。后者正屬于目前市面上應(yīng)用最廣的深紫外光刻機(DUV),這一類光刻機中國并沒有被限制進口。

      極紫外光由二氧化碳激光器每秒2次、不間斷地轟擊錫金屬液滴而產(chǎn)生,因為只有5%的光子最終能抵達晶圓。錫金屬液滴以每秒50000滴頻率從機器內(nèi)噴出。極紫外光極易被透鏡吸收,連空氣都不放過它。因此,阿斯麥開發(fā)出了一套反射鏡面系統(tǒng),并將光源置于真空中。這一系統(tǒng)對鏡面平整度的要求極高,如果鏡子有德國面積那么大,境內(nèi)最高點的海拔不能超過1毫米。臺積電曾描述過極紫外光刻機對于光照精準度的要求:一束激光從月球發(fā)射到地球,光斑只能有1枚硬幣大小。

      在前述光刻技術(shù)權(quán)威專家看來,高端光刻機目前難以實現(xiàn)替代,還在于制造企業(yè)筑造的堅固的市場壁壘。阿斯麥于1984年成立,原本只是電子行業(yè)巨頭飛利浦的一個部門,后和荷蘭一家芯片行業(yè)設(shè)備制造商合并而成,同年推出了一款步進式光刻機。那時候,全球光刻機市場的霸主們一開始是美國公司,日本的尼康、佳能后來雙雄崛起,剛成立的阿斯麥還只是名“小弟”,市場份額大約只有10%。

      1990年代,市場上的主流光刻機采用的還是193納米波長。業(yè)界和學(xué)界都在探討如何進一步減小光源波長,從而使光刻機的分辨率提高,但各種嘗試都以失敗告終。臺積電的工程師林本堅2002年提出了一個創(chuàng)意,說起來再簡單不過,即在透鏡和光刻膠間加1毫米厚的水,利用光的折射原理,可將193納米波長折射為134納米。臺積電選擇與阿斯麥合作,共同研發(fā)出以此為原理的浸入式光刻機,令阿斯麥一舉后來者居上。此后,阿斯麥又歷時17年,投資超過60億歐元研發(fā)出極紫外光刻機,2016年量產(chǎn)投入使用,徹底奠定了其“武林盟主”的地位。

      阿斯麥極紫外光刻機由七大模塊組成,每一模塊由阿斯麥位于全球的60個工廠制造,之后再運往總部組裝、調(diào)試。其總重達180噸,有一輛公交車大小,由10萬多個零部件組成。整個機器拆下來裝運,要20輛卡車,或三架滿載的波音747飛機。其零部件來自全球近800家供應(yīng)商,形成“你中有我,我中有你”的格局。有評論稱,這樣的共生關(guān)系比結(jié)婚還糟糕,因為不能離婚。

      如今因為一些外部大環(huán)境問題,光刻機被“卡脖子”,但如果未來有一天放開,還可能會再度出現(xiàn)1990年代國內(nèi)芯片制造商更青睞國外光刻機,進而造成自主研發(fā)停滯的情景。

      2013年,阿斯麥收購了位于美國圣地亞哥的光源制造商Cymer公司,以加速極紫外光刻發(fā)展。2016年,又以10億歐元獲取德國鏡頭制造商蔡司旗下子公司24.9%的股份。更早2012年,為了研發(fā)極紫外光刻機,英特爾、臺積電、三星一起入股阿斯麥,注資超過64億美元,用于獲得最尖端產(chǎn)品使用的“入場券”。這三家也占據(jù)了2021年阿斯麥極紫外光刻機業(yè)務(wù)量的84%。這也是美國得以限制阿斯麥向中國出口先進光刻機的重要原因。目前,阿斯麥還在研發(fā)適用于兩納米節(jié)點工藝的新一代極紫外光刻機,預(yù)計2025年底送抵客戶工廠用于生產(chǎn)。ED796739-2273-4568-B58F-5E60EC171C49

      “阿斯麥光刻機的國產(chǎn)替代還有用戶習(xí)慣的問題。如果用戶已經(jīng)習(xí)慣了原有光刻機,國產(chǎn)光刻機研制出來,用戶可能不大愿意用,替換門檻會很高?!鼻笆龉饪填I(lǐng)域?qū)<艺f。清華大學(xué)集成電路學(xué)院教授任天令對《中國新聞周刊》分析說,光刻機制造門檻很高,在于其從材料、器件到控制系統(tǒng)等各方面是一個綜合協(xié)同的體系。制造時,成本、性能都要綜合考量。

      國產(chǎn)替代該如何做?

      中國光刻機的研發(fā)也從1960年代起步。1966年,中科院109廠與上海光學(xué)儀器廠協(xié)作,研制成功中國首臺65型接觸式光刻機,由上海無線電專用設(shè)備廠生產(chǎn)并向全國推廣。

      1974年9月,國家計委在北京召開全國大規(guī)模集成電路及其基礎(chǔ)材料大會戰(zhàn)會議,要求在1974至1976年會戰(zhàn)期間,突破大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)、設(shè)備制造和基礎(chǔ)材料的技術(shù)關(guān)鍵。

      1977年,上海光學(xué)機械廠研制出我國第一代半自動接近式光刻機。到1985年,電子工業(yè)部45所經(jīng)過6年努力,研發(fā)出步進式光刻機,較美國同類型產(chǎn)品晚了7年。1990年,中科院光電所的全自動步進式投影光刻機“亮相”,極限分辨率能達0.8微米。

      前述光刻技術(shù)專家說,1990年代前,國內(nèi)一直在持續(xù)研究,并追趕國外的光刻技術(shù)。雖然和國外的產(chǎn)品有差距,但差距不大。到1990年代,隨著國門大開,國外更成熟產(chǎn)品的引進,再加上當時國內(nèi)經(jīng)濟條件有限,很多關(guān)于光刻機的科研項目都逐漸停止。不光是光刻機,國內(nèi)集成電路的發(fā)展和國外拉開差距,大體都始于上世紀90年代。

      一直到2008年,國家科技重大專項“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”項目(又稱02專項)開始實施,光刻機的研發(fā)才又被真正重新重視起來。

      到目前為止,上海微電子裝備有限公司研發(fā)的90納米工藝節(jié)點光刻機已經(jīng)投入使用,預(yù)計這一兩年會提交首臺28納米節(jié)點的國產(chǎn)浸沒式光刻機。但即便交付,這一產(chǎn)品還要經(jīng)過驗證,距離真正上生產(chǎn)線,還需要一到兩年。2017年,長春光機所的“極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)研究”重大科技專項通過驗收。去年2月,清華大學(xué)團隊報告了“穩(wěn)態(tài)微聚束”首個原理驗證實驗,這對于輸出大功率、更短波長的極紫外光源提供一種新思路。

      今年3月,任天令團隊制備出一種具有垂直結(jié)構(gòu)的、世界上最小柵極長度的晶體管。以往,晶體管源級和漏級水平排列,中間是溝道,柵極依附其上。任天令團隊的創(chuàng)新在于將溝道縱向鋪設(shè),也就是說,源級和漏級之間搭建出一個“臺階”。“臺階”內(nèi)部設(shè)置水平放置的超薄單原子石墨烯層,厚度為0.34納米。這可以減少晶體管尺寸受制于源、漏間水平間距的影響,為制備更小尺寸的晶體管奠定基礎(chǔ)。一些自媒體甚至認為,制造這樣極小柵極的晶體管,可以避開光刻工藝。任天令對《中國新聞周刊》解釋說,晶體管的尺寸有兩個維度,一類是以柵極為代表的特征尺寸,一種是晶體管的整體尺寸。目前,他們的成果縮減了前者,但要想進一步縮小晶體管的整體尺寸,仍要靠光刻機。而研究成果從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化,還要考慮成品率、成本等一系列工業(yè)化過程中的實際問題。

      2021年3月17日,上海,2021中國國際半導(dǎo)體展會上的晶圓展品。圖/視覺中國

      實業(yè)界探討的另一種替代方案,則是芯片堆疊。也就是說,用多個最強大腦一齊思考,以達到以多對一,實現(xiàn)同等芯片性能的效果。今年5月,華為公布了兩項芯片堆疊相關(guān)專利。一項是“一種多芯片堆疊封裝及制作方法”,用來解決多芯片的應(yīng)力集中問題,從而進行更多層芯片堆疊;另一項用于將多個副芯片鍵合在同一主芯片堆疊單元上。更早在2012年,華為便已對芯片堆疊技術(shù)的專利公開,用以提高芯片堆疊封裝結(jié)構(gòu)的散熱效率。今年3月,華為舉行的2021年報發(fā)布會上,輪值董事長郭平回應(yīng)說,“在先進工藝不可獲得的情況下,單點技術(shù)不可獲得的情況下,我們尋找系統(tǒng)的突破。通信產(chǎn)品采用多核的結(jié)構(gòu),為芯片注入新的生命力。”

      在前述光刻技術(shù)專家看來,芯片堆疊在一定程度上可以實現(xiàn)晶體管密度的等效增加,但從性能角度講,很多時候達不到同等效果。再者,假設(shè)兩個14納米制程的芯片堆疊可以達到7納米芯片的同等效能,這么做的前提是國內(nèi)能夠生產(chǎn)出14納米制程的芯片。而且,國內(nèi)有堆疊技術(shù),國外同樣有,如果國外將先進制程的芯片堆疊,技術(shù)依然會領(lǐng)先。

      關(guān)于能否像當初舉國體制“兩彈一星”攻關(guān)一樣,做出光刻機。該專家分析說,理論上是可以實現(xiàn)的。但要注意的是,“兩彈一星”和光刻機是兩種不同類型的科研成果。前者 “國外也不會賣給我們”,可以不計成本攻關(guān),一定要做出來,相當于鎮(zhèn)國神器,不涉及市場的問題。而后者,是面向市場的民用產(chǎn)品,講求穩(wěn)定性。這就好比國產(chǎn)大飛機和戰(zhàn)斗機的區(qū)別,對二者的要求和二者面臨的現(xiàn)實環(huán)境是不一樣的。從全球分工和市場角度來講,集納了全球供應(yīng)商研制而成的高端光刻機本來就是一個高度集中的領(lǐng)域,這一市場很難容得下第二家公司。當年,阿斯麥在浸入式光刻機一戰(zhàn)成名后,曾經(jīng)的“大哥”尼康就喪失了先機,再到之后研發(fā)極紫外光刻機,由于前途未卜且投資巨大,尼康直接放棄,退出了戰(zhàn)場。

      任天令說,對于光刻機的研發(fā),堅持是最重要的,如果過程中,因為各種原因影響了我們的堅持,最終的產(chǎn)出就會受到波及。

      前述光刻技術(shù)專家分析說,從每個企業(yè)的角度來講,光刻機研發(fā)周期長,涉及全球供應(yīng)鏈,企業(yè)在自主研發(fā)時是沒有底氣的。再者,雖然中國可以自產(chǎn)90納米工藝光刻機,但實際上,很多企業(yè)只買了一兩臺試用或作為備用,“并沒有達到我們當初的設(shè)想”,即實現(xiàn)大規(guī)模的國產(chǎn)替代。在他看來,如今因為一些外部大環(huán)境問題,光刻機被“卡脖子”,但如果未來有一天放開,還可能會再度出現(xiàn)1990年代國內(nèi)芯片制造商更青睞國外光刻機,進而造成自主研發(fā)停滯的情景?!皣腋嗫紤]的是戰(zhàn)略層面,如果未來限制放開,國產(chǎn)光刻機品牌能否活得下去?”因此,光刻機的研發(fā)既關(guān)系到國家戰(zhàn)略,又涉及市場的問題,需要全盤考慮。

      該專家分析說,現(xiàn)在集舉國之力的攻關(guān),與幾十年前也不可同日而語。當年,沒有文章、科研經(jīng)費的考核,沒有太多誘惑,科研工作者可以靜下心來研究;如今,如何利用國家的體制和行政優(yōu)勢,將最尖端人才聚攏在一起,科研經(jīng)費如何分配,蛋糕誰來切,怎么切,這需要新型舉國體制的支撐。從光刻機自主攻關(guān),實現(xiàn)國產(chǎn)替代來講,一方面,不能只追求簡單的技術(shù)替代,要在研發(fā)過程中有所創(chuàng)新;另一方面,也要想辦法融入到全球的供應(yīng)鏈中,想方設(shè)法和阿斯麥這樣的企業(yè)形成良性的互動和雙贏。

      而隨著芯片制程的不斷演進,投資一家晶圓廠的花費也越來越高,據(jù)機構(gòu)預(yù)測,一座5納米的晶圓廠投資額高達160億美元,阿斯麥未來的一代極紫外光刻機售價要3億美元。成本高企,使得摩爾定律也越來越難以走下去。這也是未來業(yè)界需要考量的問題。ED796739-2273-4568-B58F-5E60EC171C49

      猜你喜歡
      光刻機光刻阿斯
      鏡鑒ASML成長之路
      圍 觀
      中芯國際與阿斯麥集團簽訂購買單
      光刻機打破ASML壟斷還要多久?
      【極紫外光刻】
      參展品牌索引
      汽車觀察(2016年11期)2017-06-03 09:48:41
      該換時鐘了
      高數(shù)值孔徑投影光刻物鏡的光學(xué)設(shè)計
      掩模位置誤差對光刻投影物鏡畸變的影響
      雙面光刻機運動控制系統(tǒng)設(shè)計分析
      威宁| 茶陵县| 德安县| 台中市| 新平| 丰县| 库车县| 承德市| 元谋县| 镇雄县| 扎兰屯市| 汽车| 田东县| 从江县| 镇安县| 蕉岭县| 林口县| 晋州市| 祁东县| 浙江省| 利辛县| 天长市| 永登县| 新和县| 吉木萨尔县| 信阳市| 涞水县| 和田市| 运城市| 蛟河市| 翁源县| 玉山县| 清河县| 库尔勒市| 和政县| 崇文区| 电白县| 个旧市| 平湖市| 赣州市| 星子县|