众所周知,光刻机和芯片的厚薄程度和芯片的精良程度息息相关。我国缺乏光刻机技术和设备,因此,我国经常会与国外光刻机制造公司进行合作,从而保证国内生产的芯片可以达到国际标准。然而,我国发展芯片和研发芯片过程中遇到了许多困难和挫折,这也使得国产光刻机缓解了部分科研人员的压力。现如今,十亿资金涌入国产光刻机市场,光刻机之所以会到达如此火爆的程度,是因为光刻机与芯片有着很大的关系。我国想拥有一款自主研发的芯片,就必须开展国产光刻机的建造和发展。
荷兰光刻机并不是中国芯片的救命稻草
众所周知,我国通过与世界光刻机十分发达的国家合作,逐步满足国内手机芯片对光刻机的需求。然而,大部分发达国家会采取垄断措施,一方面:为了避免中国拥有光刻机技术之后,中国芯片逐步占领国际市场。另外一方面:每个国家都想分得一杯羹,这也使得大部分拥有资金和科学技术的国家会减少与崛起国家的合作。对于我国芯片市场来说,荷兰的光刻机并不是中国芯片的救命稻草,它只能缓解国内芯片的压力。
第二个原因:光刻机技术发展刻不容缓
大家应该都听说过华为芯片数量不够用,华为既要保证推出的新款机型拥有最为合适的手机芯片,华为公司还要保证老款手机的出货量。更何况华为公司的芯片研发速度特别快,可是华为公司却很难自主生产芯片。如果我国想完全掌握芯片生产和研发的全过程,势必要摆脱其他国家的技术垄断,共同开发和利用国内的光刻机。我国芯片明显出现空缺,因此我国必须发展光刻机技术。
第三个原因:国家大力支持该技术的建设与完善
或许每一个人使用的手机品牌不同,但大部分手机和电脑的芯片是决定手机和电脑性能的关键。尽管许多中国人是出于爱国之情才会购买华为手机,如今,华为公司的手机性能非常好,这也使得越来越多的人主动购买华为手机。国家大力支持信息产业和芯片产业的发展,而光刻机技术决定芯片发展的速度,因此,国家大力支持国产光刻机。
总的来说,光刻机和芯片存在聚生分死的关系,芯片必须通过光刻机才能问世。
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。
光刻机(Mask Aligner) 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。
生产集成电路的简要步骤:
利用模版去除晶圆表面的保护膜。
将晶圆浸泡在腐化剂中,失去保护膜的部分被腐蚀掉后形成电路。
用纯水洗净残留在晶圆表面的杂质。
其中曝光机就是利用紫外线通过模版去除晶圆表面的保护膜的设备。
一片晶圆可以制作数十个集成电路,根据模版曝光机分为两种:
模版和晶圆大小一样,模版不动。
模版和集成电路大小一样,模版随曝光机聚焦部分移动。
其中模版随曝光机移动的方式,模版相对曝光机中心位置不变,始终利用聚焦镜头中心部分能得到更高的精度。成为的主流[1] 。
主要厂商
曝光机是生产大规模集成电路的核心设备,制造和维护需要高度的光学和电子工业基础,世界上只有少数厂家掌握。因此曝光机价格昂贵,通常在 3 千万至 5 亿美元。
光刻机的品牌众多,根据采用不同技术路线的可以归纳成如下几类:
高端的投影式光刻机可分为步进投影和扫描投影光刻机两种,分辨率通常七纳米至几微米之间,高端光刻机号称世界上最精密的仪器,世界上已有1.2亿美金一台的光刻机。高端光刻机堪称现代光学工业之花,其制造难度之大,全世界只有少数几家公司能够制造。国外品牌主要以荷兰ASML(镜头来自德国),日本Nikon(intel曾经购买过Nikon的高端光刻机)和日本Canon三大品牌为主。
位于我国上海的SMEE已研制出具有自主知识产权的投影式中端光刻机,形成产品系列初步实现海内外销售。正在进行其他各系列产品的研发制作工作。
生产线和研发用的低端光刻机为接近、接触式光刻机,分辨率通常在数微米以上。主要有德国SUSS、美国MYCRO NXQ4006、以及中国品牌。
中国的光刻机之所以会走向落后,是因为经济发展因素、海外企业竞争力过强以及欧美国家对中国进行了技术封锁。
由于华为遭美国封杀之后,华为的芯片供应也出现了很多的问题,由于芯片的制造离不开光刻机,所以光刻机就成为了网友非常关注的东西,只不过令大家没有想到的是,中国曾在光刻机领域达到过世界先进水平。
一、经济发展的原因,导致中国在光刻机领域处于落后地位。
虽然中国当时在光刻机领域拥有着不错的技术水平,但是大部分企业在光刻机领域都无法赚得收入和利润,这导致很多企业逐渐放弃了光刻机的生产和研发,正是由于很多企业不看好光刻机的生产,所以才导致中国在光刻机领域出现了大幅度落后的情况。
二、国外企业的技术优势,使得中国的光刻机处于落后位置。
由于国外企业在光刻机领域,储备了大量的技术专利,这使得国外企业在进行光刻机生产研发时,总能够最大程度降低成本,由于国外生产的光刻机在价格上,远低于中国的国产光刻机,这使得很多芯片生产商都开始选择国外的光刻机,正是由于国外的光刻机生产企业展现出了极强的竞争力,这导致中国的光刻机领域受到了极大的冲击。
三、欧美国家对于中国的技术封锁,使得中国无法提升光刻机的技术。
虽然中国曾在光刻机领域取得了不小的优势,但是如果一直无法和国际接轨的话,那么中国在光刻机领域,也不可能取得太大的进步,再加上欧美国家对中国在光刻机领域进行了强力的技术封锁,这导致中国无法在光刻机领域吸收国外的经验和技术,由于缺少国外技术的帮助,中国在光刻机领域逐渐走向了落后。
中国光刻机历程
1964年中国科学院研制出65型接触式光刻机;1970年代,中国科学院开始研制计算机辅助光刻掩膜工艺;清华大学研制第四代分部式投影光刻机,并在1980年获得成功,光刻精度达到3微米,接近国际主流水平。而那时,光刻机巨头ASML还没诞生。
然而,中国在1980年代放弃电子工业,导致20年技术积累全部付诸东流。1994年武汉无线电元件三厂破产改制,卖副食品去了。
1965年中国科学院研制出65型接触式光刻机。
1970年代,中国科学院开始研制计算机辅助光刻掩模工艺。
1972年,武汉无线电元件三厂编写《光刻掩模版的制造》。
1977年,我国最早的光刻机GK-3型半自动光刻机诞生,这是一台接触式光刻机。
1978年,1445所在GK-3的基础上开发了GK-4,但还是没有摆脱接触式光刻机。
1980年,清华大学研制第四代分步式投影光刻机获得成功,光刻精度达到3微米,接近国际主流水平。
1981年,中国科学院半导体所研制成功JK-1型半自动接近式光刻机。
1982年,科学院109厂的KHA-75-1光刻机,这些光刻机在当时的水平均不低,最保守估计跟当时最先进的canon相比最多也就不到4年。
1985年,机电部45所研制出了分步光刻机样机,通过电子部技术鉴定,认为达到美国4800DSW的水平。这应当是中国第一台分步投影式光刻机,中国在分步光刻机上与国外的差距不超过7年。
但是很可惜,光刻机研发至此为止,中国开始大规模引进外资,有了"造不如买”科技无国界的思想。光刻技术和产业化,停滞不前。放弃电子工业的自主攻关,诸如光刻机等科技计划被迫取消。
九十年代以来,光刻光源已被卡在193纳米无法进步长达20年,这个技术非常关键,这直接导致ASML如此强势的关键。直到二十一世纪,中国才刚刚开始启动193纳米ArF光刻机项目,足足落后ASML20多年。