国产光刻机发展困境是什么(解读国产光刻机困局)

2022-11-28 18:51:21 基金 yurongpawn

国产光刻机真实现状

中国的光刻机现在达到22纳米。在上海微电子技术突破之前,我国国产光刻机还停留在只制造90nm芯片的阶段。这一次中国从90nm突破到22nm,意味着光刻机制造的一些关键核心领域实现了国产化。掌握核心技术的重要性不言而喻。突破关键区域后,高阶光刻机的RD速度只会越来越快。国产光刻机突破封锁,成功研发22nm光刻机。中国芯逐渐崛起。随着信息社会的快速发展,手机、电脑、电视等电子设备变得越来越“迷你”。从以前的“手机”到现在只有几个硬币厚的时尚手机,从老式的矮胖电视到现在的轻薄液晶电视,无一不离开集成电路的发展,也就是我们通常所说的“芯片”。自从1958年世界上第一块集成电路问世以来,体积越来越小,性能却越来越强。光刻机是半导体芯片制造行业的核心设备。以光刻机为代表的高端半导体设备支撑着集成电路产业的发展,芯片越来越小,集成电路越来越多,可以把终端做得小而精致。2002年,光刻机被列入国家863重大科技攻关计划,由科技部和上海市共同推动成立上海微电子设备有限公司(以下简称“SMEE”)。2008年,国家启动了“02”重大科技项目,持续攻关。经过十余年的研发,我国基本掌握了高端光刻机的集成技术,部分掌握了核心部件的制造技术,成为集光学、机械、电子等多学科前沿技术于一体的“智能制造行业的珠穆朗玛峰”。

国产光刻机发展困境是什么(解读国产光刻机困局) 第1张

中国为何造不出光刻机?

我国造不出光刻机,有以下三个原因:

1.因为我们的技术有限。为了阻止我们的技术发展,西方国家阻碍了一些技术进入中国。因此,这一限制将影响中国在光刻机的发展。

2.事实上,我们的许多组件的使用取决于国际市场,在这种情况下,我们很难获得国际市场的支持。

3.ASML的成功是因为其技术的局限性,更重要的是,它把一些企业当成了自己的股东,比如三星、台积电,英特尔等等。

所以在这种情况下,会发现光刻机在中国的发展并不是特别突出。正是因为光刻机的限制,中国在芯片领域的代工确实受到了很大的影响,华为不得不受到限制。因此,只有不断自主研究和开发属于我国的光刻机,才能打破这种束缚。

中科院正式签军令状,如今我国光刻机的研发遇到哪些困难?

9月16日,国新办举行新闻发布会,介绍中国科学院“率先行动”计划第一阶段实施进展有关情况。

在这个发布会上,中科院主要领导强调,要把美国卡脖子的清单变成我们科研任务清单进行布局,比如航空轮胎、轴承钢、光刻机;一些关键核心技术攻关成立领导小组,要求每个承担重大任务的人要签署责任状;在一些最关注的重大的领域,集中全院的力量来做。这就是中科院签订“军令状”的来由,其中光刻机受到了广泛的关注。

众所周知的原因,现在在芯片行业我们受到了美国等西方国家的封锁,造成了我国一些制造企业的困难局面,比如华为。

制造芯片最重要的设备就是光刻机。其实我国也能生产制造光刻机,也在很早的时候就开始研究,在这方面当时也和世界水平比较接近,但是光刻机的前期研究需要投入大量的资金,而且在“造不如买,买不如租”思维影响下,逐渐对于科研不太重视,光刻机研制近乎于停滞,就像当年的“运10”飞机的研制过程一样。

而当我们开始重视芯片产业,国家也投入巨资准备大力支持研发,却出现了“汉芯”造假事件,2003年上海交大微电子学院院长陈进从美国买回芯片,作为自主研发成果,消耗大量社会资源,影响之恶劣可谓空前!以至于很长一段时间,科研圈谈芯色变,严重干扰了芯片行业的正常发展。

目前上海微电子装备有限公司能量产的光刻机是65nm制程。2019年,由中国科学院光电技术研究所承担的超分辨光刻装备项目在成都通过验收,完成国际上首台分辨力最高的紫外超分辨光刻装备研制,最高线宽分辨力达到22nm。

这22nm制程的光刻机技术,应该很快就会能够量产,但是与世界主流的先进技术还是相差甚远,而且22nm的芯片,只能应用到一些不太复杂的科技产品上,比如老年手机等等。所以现在我国在光刻机这块是落后于世界先进水平好几代的。

当前光刻机技术最好的是荷兰的ASML公司,已经能够量产5nm制程的光刻机,甚至都拥有了3nm的技术。

可是因为美国的阻挠,我们根本就买不到ASML的产品,中芯国际在去年前曾经抢购到一台7nm的光刻机,钱都已经付了好多个亿,到现在都还没有收到货,可能以后也就收不到了。

硅原料、芯片设计、晶圆加工、封测,以及相关的半导体设备,绝大部分领域我国还是处于“任重而道远”的状态。

但我感觉这次不一样了,制造芯片的设备光刻机已经提升到国家层面,相关部门还立下了“军令状”,这与当年研究原子弹的情形何其相似。

我不相信先进光刻机的难度要大于原子弹,我们当初是一穷二白,完全是从零开始,不也以飞快的速度制造出来了?何况对于光刻机生产我国还是有一些基础的,只是现在还没有达到国际先进水平而已,这比当初制造原子弹的情况要好很多。

1nm就是一些原子了,现有的光刻机技术原理是有天花板的,我相信在我们的科研单位在现有理论下,应该能够很快追上世界水平,但不应仅仅局限在已有的理论中,还要展开新的理论研究,争取尽快生产出更先进的光刻机,使我们的芯片不再受到制约。

研究光刻机时,人类所面对的最大难题是什么?

我国一直走过来,受到不少压力,技术封锁等新闻平时似乎不叫新闻,但却是老生常谈的旧消息。目前,光刻机的技术是荷兰最有发言权的。如果我们能与之合作,它必然会加快我国芯片研究的进程。但是国家之间的合作并不简单。由于美国的压迫,相关技术被封锁致死。因此,我国的投资力度很大,但没有相应的技术,连制造项目都很难启动。努力突破并不是奇迹,但在完全没有对对方系统的认识之前,很难迈出第一步。

没有参考物。近年来,中国的快速发展实际上来自于早期引进后的模仿,但由于我国在这一领域已经落后了几十年,在没有参考资料的情况下是如何展开的?从一张白纸到精彩的两分钟都很难,而且几乎“独自闯天下”自然更难。光刻技术不是技术,而是聚合技术。一台ASML光刻机有大小8万个左右的零部件,相关技术也是很多科研公司结合的结果。有些人把ASML光刻机器描绘成收集人类高度智慧的作品,甚至本身就是艺术品。找任何技术公司合作都只是一方面的接触,不能在这个技术集合的产物中发挥很大的作用。

技术难以突破的原因是,光刻机具有非常高的研究难度,高级光刻机不是一个国家能做到的事情,因此极大地戳到了我国芯片行业的弱点。也就是说,在这种开发的困难中,如果我国想实现自己芯片的安全控制,国产光刻机器要想沿着弯道超车。

我们要突破对高级光刻机相关技术的垄断。荷兰的ASML成立于1984年,至今已有36年历史。在过去的30多年里,如果是与光刻机相关的技术,已经牢牢地捆绑在ASML进口上,在技术领域形成垄断趋势。如果我国的光刻企业想突破空白中层的技术壁垒,避免ASML拥有的专利,那将是多么困难的事情。我国本来光刻领域的起步比较晚,加上美国从中阻挠,使该行业的发展路径更加曲折。如果有一天,我国在高端光刻领域取得了一些突破,最需要警惕的就是美国。我国的华为是其中最明显、最实际的例子。

1965年我国就有了光刻机,为什么现在却大幅度落后?

我国从1965年起就已经有了光刻机,但之所以现在大幅度落后,可能是由于以下几个原因造成的:

在有了光刻机之后遭遇了国际间的冲突,导致我国的观客机发展受到阻碍。1965年,我国的第1台光刻机是从外国进口的,直到现在为止全国只有两个国家拥有光刻机的高科技手段。特别是荷兰的光刻机技术在全球是遥遥领先的,但由于荷兰受到美国的影响,并不愿意把光刻机的相关技术和设备出口给中国,导致中国的光刻机的技术研发和发展,大幅落后,经过了几十年的不断演变,也就造成了我国现在的光刻机的技术仍然没有达到成熟阶段。

很多光刻机的零件部位需要出口,本地没有生产。光刻机所要求的科技含量非常高,特别是一些零件部位需要完全依赖外国的出口,因为这些零件需要有专业的设计师和科技人员进行长时间的打磨和研发之后,才达到了光刻机零件的标准。从中国目前已有的相关技术来看,想要达到此项科技仍然需要一定的时间,因此从这一角度而言,也会出现大幅度的落后。

光刻机的印制必须清晰和准确,这一点我国的技术尚未达到。光刻机对镜头技术的要求很高,基本上达到了普通镜头的千万分之一,这就意味着芯片上的所有电路图除了依靠高科技手段之外,还需要有独特的光刻机研发技术,才可以使得芯片上的印制图案清晰准确。虽然我国也有部分的光刻机,但精确度没有外国出口的光刻机清晰度和准确度高,导致我国在后续的芯片研发和光刻机的发展中受到了很大的阻碍,在使用的过程中并没有体现出良好的性价比,种种因素就造成了我国的光刻机在全球都已经大幅的落后。

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