一台光刻机可以制造很少的芯片。相信大多数人都清楚,光刻机的用途是刻字。光刻机是生产手机芯片的重要机器之一。目前,只有少数国家可以生产光刻机,只有荷兰ASML公司可以生产高精度光刻机,而且荷兰ASML公司垄断了全球高精度光刻机80%以上的市场份额。目前,一台光刻机的成本高达上亿美元,而一台光刻机一年的产能最多只有几台,光刻机是目前世界上最尖端的设备技术之一,而一台7纳米的光刻机价格非常昂贵,价格高达1.2亿美元,甚至1.2亿美元的光刻机,也是供不应求。
据悉,华为的麒麟990流片的成本号称高达3000万美元,相当昂贵。不过,经过验证和流片等一系列过程,一旦芯片能够投入试产和量产,整体就会稳定下来。光刻机巨头,目前是ASML,负责全球大部分光刻机的订单。但即便如此,资料显示,ALSM在十年间只生产了57台光刻机。不难看出光刻机对技术的要求有多高。值得注意的是,57台光刻机中的30台被台积电以每台约10亿元人民币的价格售出。换言之,台积电仅在光刻机上就花费了300亿美元。在荷兰的垄断下,10亿台光刻机,当年能生产多少芯片?
据相关数据显示,目前ALSM提供的摄影机的理想产能为每小时200片12英寸晶圆,其中大部分处于理想产能的50%。以华为的9905G芯片为例,其总面积为113.31平方毫米,那么一块12英寸晶圆可以提供约600块原材料,除去一些不好的和质量差的,约500块。因此,如果你看一下,那就是每天50万个芯片,一台平版印刷机一年可以生产大约1.8亿个。因此,价值10亿美元的光刻机是值得的。
光刻机的生产国家有荷兰、中国、日本、美国、韩国。
相对于其他国家来说,目前的荷兰光刻机的精度为首。
光刻机是一个制造芯片的机器,芯片上的图形模板(微电路)需要用机器来雕刻。这就是光刻机的基本原理,利用高级技术去制造芯片。又名:掩模对准曝光机,曝光系统,光刻系统等,是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术,把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。
最近在网络上一个自制光刻机的视频火了,视频中的学生目前还是大连理工大学本科在读,却凭借着一张图纸在家里制作出了一台光刻机,并且使用自己制造的光刻机成功刻了孔径。在视频里我们可以看到这位学生制作光刻机的全程都是在一个书桌上进行的,数学演算也只有一块白板,各种材料基本都在地上堆着。看了这位学生自制光刻机的视频后有人觉得光刻机的制造难度仿佛也不难,实际上并非如此。
今年可以说是国产芯片制造业的生死时刻了,受贸易战影响,美国继续打压华为,根据美国相关法令要求,所有美国的技术和其他设备只要提供给华为使用就必须经过美国政府的同意,显然美国政府是不可能同意的。除了不允许本国的企业给华为提供技术之外,美国还试图设法阻止其他国家的企业给华为提供服务。
不了解科技圈的朋友可能不知道光刻机的重要性,在芯片的制造过程中,要经过湿洗、光刻和电镀处理等十余道程序,整个过程中需要进行数十次光刻,占整个生产过程的一半,成本也占到了三分之一。我国也在不断的自主研发光刻机,但是精度也只达不到要求。拿上海微电子来说,其研制了十余年,精度也只能达到90纳米左右,而华为需要的是7纳米和5纳米级别的光刻机,目前全球只有荷兰阿斯麦公司的EUV光刻机才能够达到。
自主研发光刻机面临着投入周期长、争夺市场难度高等问题,到时最大的问题还是技术壁垒。前面提到的阿斯麦公司其实并不是自己在生产光刻机,而是集合了数百家世界顶尖公司的优势技术。一台光科技有数万个零件,阿斯麦的光刻机零件都是掌握相关最高技术的企业在为他们生产。简单来说,如果有设备、有材料、有图纸,我们自主研发出光刻机并不困难,困难的是如何在国外的技术封锁下让世界各领域掌握最高技术的公司为我们供应零件。换句话说,如果我们想要完全地自主研发高精度光刻机,就必须同时掌握与光刻机制造流程相关的各个环节的最高技术以及所需要的各个零件制造方面的最高技术,难度可想而知。
光刻机发出的光用于通过带有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光。光刻电阻的特性在看到光后会发生变化,从而使掩模中的图形可以复制到薄片上,使薄片具有电子电路图的功能。这是光刻的功能,类似于照相机摄影。相机拍摄的照片打印在底片上,而照片不被记录,而是电路图和其他电子元件。根据网上资料显示,一台光刻机一天大约可以有效制造600块左右,一年就可以制造差不多21.9万块芯片。
光刻机为什么会如此的重要?
目前,无论是手机芯片、汽车芯片还是其他领域,包括军事、航空航天等应用,芯片都离不开光刻。现在世界上的芯片仍然是硅基芯片。经过近半个世纪的发展,芯片的关键尺寸逐渐缩小,从最初的电子管到晶体管,再到集成电路的发明。目前,我们仅有的技术是光刻技术。因此,如果没有光刻机,芯片就无法正常制造,目前也没有替代光刻机的产品。
一台光刻机有多难造?
光刻机的制造难度非常大,可以说一台光刻机用到的零部件全是各个国家最先进的技术产品。那我们就拿EUV的光刻机举例,有几吨重的镜头,而且还要确保无杂质,拥有纳米级别的分辨率。如果镜头有任何缺陷都是不可接受的,而且镜头的曲率非常薄。第二个困难在于光源,这很难做到。还必须考虑通过每个镜头和光路的光的折射损失,并且可用于光刻的能量非常小。
中国能否自己造一台光刻机?
光刻机在全世界非常稀有,发达国家为了阻止中国发展,禁止出售光刻机到我们国家。但是,近几年我国的科学家和政府都在加大在光刻领域的研究,而且也取得了一些进展,也开始进行国产光刻机的制造。但是尽管我们国家这么努力,但对比asml的光刻机技术,可以说我们连门槛都还没有摸到。不过唯一值得庆幸的事是,国家已经注意到了光刻机的重要性,开始在资金,人才,政策方面给予了大力的扶持。我相信未来我国的光刻技术一定会实现弯道超车。
中国的刻蚀机的确是达到了世界先进水平,光刻机还早,而且就算是这两样都世界先进了,不代表中国芯片业的前路就不艰辛了。
目前中国的刻蚀机的确领先,5纳米等离子体刻蚀机已经通过台积电验证;但是光刻机就差多了,之前新闻报道中提到的“中科院SP超分辨光刻机”其实最多只能算是一个“原型机”,和ASML的光刻机不能相提并论,也不能用来制造芯片,还需要攻克一系列的技术难题。
退一步讲,就算是中国的光刻机与刻蚀机都达到世界领先就解决问题了么?ASML的EUV光刻机我们已经下单等待交货了,是不是到货以后中国就可以生产7nm甚至是5nm的芯片了?
不要把问题想简单了,以为芯片也只有光刻机和刻蚀机。芯片制造的技术、经验、工艺以及人才是一个系统性的工程,台积电也不是一天建成的,有了光刻机也不代表我们就能造出最顶尖的芯片。 再退一步讲,如果一流光刻机和刻蚀机都国产了,台积电也变成了中国企业,中国的芯片业就独步天下了么?当然不是,我们还需要高通、苹果、英伟达、英特尔、赛灵思、德州仪器这样的芯片设计、研发、制造和销售公司来打造整个芯片行业的产业链 芯片行业的产业链非常长,不是靠几台光刻机和刻蚀机就能解决问题了,上、中、下游都有众多厂商在其中竞争搏杀,从这个意义上来讲,中国的芯片行业并非全面落后,但前路的确依旧艰辛,需要我们继续努力!!