“即便将光刻机图纸给你们,也没办法造出来!”这是曾经海外一些专家对中国的嘲讽,真的如此吗?
2022年上海微电子已经成功研制出了中国第一个28nm光刻机,14nm的芯片将进行量产,这一消息受到国内外各界的广泛关注,这是我国光刻技术的一大进步,也说明了我国的光刻技术与最顶尖的光刻技术之间的差距正在逐渐缩小。
什么是光刻机
光刻机又被称为掩模对准曝光机,是半导体领域不可或缺的设备,也是芯片制作的重要核心,没有光刻机就无法制作芯片,自然也就无法拥有电脑和手机,因此光刻机是一个国家生产力和科技发展的重要依托。如此重要的地位也意味着其产出的布艺。
光刻机是目前最复杂,制作难度最高的精密设备,它的制作难度比原子弹都要高。其工作原理类似于相片冲印,需要把掩膜版上的精细图形,通过光线的曝光印制到硅片上,其过程需要功率极高、体积极小又非常稳定的光源,反复多次聚光进行叠加,非常复杂。
一台EVU光刻机的零件超过10万个,其中90%的零件都需要从其他国家进口,目前世界上的高端光刻机制造技术非常稀有,而且十分昂贵,一般一台需要3千万到5千万,高端一些的光刻机最高则需要1.2亿美金,想买都不好买,由此可见制作光刻机的难度非常大。
光刻机制造,谁最强?中国!势如破竹
全球最顶级的EVU光刻机,是由荷兰ASML开发研制的,另外还有日本尼康和佳能这三大品牌,他们几乎是全球光刻机的垄断者,牵制着全球芯片产业的发展。
目前,荷兰ASML公司的5nm极紫外线EUV光刻机是无人能够超越的,为保证光刻机的高端品质,所有零件几乎都是进口的各国最先进品牌,只有少数公司能够买到,比如台积电、三星、英特尔,一般公司很难买到。
14nm及以下的高端光刻机被荷兰ASML垄断,日本光刻技术有尼康38nm,还有佳能28nm,而如今中国上海微电子的光刻机也开始逐渐在光刻机领域异军突起,中国在2022年交付了第一台28nm的光刻机,虽然比其他三个国家要晚,但势如破竹,令全球震惊,使荷兰ASML集团后怕。
我国光刻机的发展现状与研究进程
光刻机是芯片制作的核心,我国人口众多,对芯片的需求量极大,但中国的光刻技术科技并未达到高端水平,因此这一切都需要借助进口的方式实现。
早在2018年,中芯国际就向ASML订购了EUV光刻机,然而ASML受到了美国的资金和技术支持,加上美国对中国科技的抵制与打压,此光刻机至今也没有成交。
中国的高端科技受到了一定程度的限制,求人不如求己,于是中国开始逐渐重视对光刻机的研制。
其实早在20年前,中国对光刻机就有了一些计划,并对此进行了分析和研究,2002年上海微电子公司成立,专注于半导体集成电路产业的研发,当时还有很多海外专家对此表示质疑,认为中国不可能制造出光刻机。
然而中国是不甘落后,具有极强科研精神及斗志的民族,在国家的大力支持下,我国正在一步一步地解决各种难题,实现一个又一个突破。
2008年起,我国开始大力进行光刻机的研发,开展电路制造专项科技,经过努力,中国第一台90nm的光端光刻机研制成功。
2019年4月,武汉光电国家研究中心在对光刻领域研发项目中,光刻出了9nm的光线,这一研制使我国脱离了对光刻机零部件、软件及一些材料的进口需求,实现了国产化。
2020年6月,我国研制光刻机技术进一步细化,经过2年的时间,2022年中国的光刻机技术突破了28nm,28nm光刻机不仅仅可以只制作出28nm的芯片,也可以对其光线进行多次曝光,最终可以制作出7-14nm的芯片。
我国的光刻机研究历程走得十分艰辛,虽然我国光刻机与荷兰最顶级的5nm还存在很大差距,但是中国在短短几年的时间里就有了如此大的突破,未来非常可期。
制造一台光刻机,究竟有多难?
都说光刻机比原子弹的制造都要难,其实一点也不夸张。
首先,光刻机的光源技术问题难度很大,需要很长的时间进行研发,制造一台光刻机所需要的零件超过10万个,而且都需要用到最高科技的零件,因此它不是说一个国家就能够轻松制造出来的,它需要全球多个国家的技术支持,比如,在光刻产业链中,存在一些光源、激光器、镜头等组件,只有很少的国家和企业有这些组件的技术。
其次,光刻机的研发和制造离不开大量的资金支持,一些发达国家每年在制造光刻机的研发上所需要的资金几乎超过90亿,一些制作光刻机的国家目前的资金支出超过4000亿元,像光刻机垄断者荷兰ASML每年投入的资金,几乎是一些500强企业三个季度的收入。
目前来说,我国在高端光刻机制造上还面临着很多难题,首先我国光刻技术起步晚,相对国外一些高端光刻机制造商是落后的,几乎要有约15年的差距,另外,能够投入到光刻机研发上的科技人才也相对稀少,目前也就只有中芯国际的科研更为先进。
未来的国产光刻机将超越荷兰?
全球科技都在迅速发展,科技是一个国家最强有力的战斗武器,在这个科技时代,几乎各行各业都离不开芯片,未来对高端芯片的需求也将逐渐增加,如果没有高端光刻机的研发,芯片就无法达到先进水平,那么也将会在国家竞争力上处于下风。
想要制造出能够与世界相抗衡的芯片,就必须要有高端的芯片加工技术,而这一切的前提都是最高端光刻机的制造。
未来中国想要在走在全球科技的顶端,就必须加大资金支持,加强对光刻机领域人才的培养。
中国正在努力摆脱对海外电子科技的依赖,芯片产业逐渐自给自足,不再受制于国外的牵制,我国已跻身于世界光刻机前列,想必未来全球的芯片格局将有新的局面,或许未来可以居于世界光刻技术及芯片产业的主导地位。
曾经国外一些专家认为我国制造不出光刻机,但我们有了90nm光刻机,后来,他们又质疑我们制造不出更好的,我们研制了28nm光刻技术,如今,他们又认为我们不可能达到最顶级水平,对此,你怎么想?
作者:王大橘 校稿:川川