光刻机的制造难度相当大,为何荷兰这个国家却能掌握光刻机的制造技术?在科技领域,光刻机一直是顶尖的神话,许多科学家和工程师都能参与到高端光刻机的设计和制造中,已经代表了其在业界的顶尖水平。一台光刻机的制造,需要10万个零件,各种精密仪器至关重要。业内工程师透露,高端光刻机一个零件的调试需要10年时间,核心子系统需要各国顶级大公司提供。比如比较重要的光学技术,几乎都是由日本公司控制。说起光刻机的原理其实很简单,就像照相机一样,通过曝光的方式把设计好的芯片电路图放在硅片上,最后用光刻出芯片电路图。因此,在光学技术上有很大优势的日本,在光刻机领域有很大的发言权。
例如,日本的佳能和尼康是光刻机市场的大玩家,而曾经是荷兰公司的ASML在它们面前则是小角色。尼康和佳能也是行业中突出的相机巨头,因为光刻胶和相机的工作原理是一样的。但如果没有荷兰提供的光刻机,美国和韩国的很多芯片制造商也就凉了,因为光刻机在芯片制造过程中的作用非常明显,可以说是芯片制造过程中的核心,因为光刻机直接决定了芯片制造过程。例如,如果你想做一个7纳米的芯片,前提是光刻机能够支持7纳米芯片的生产,否则你就无法设计出7纳米的芯片。
因此,即使像美国和韩国这样的芯片制造商也要听从荷兰的摆布。如果荷兰不向他们提供高端光刻机,他们的芯片就会陷入瘫痪。看来这个估计很多人都有疑问,像美国这么发达的国家,科技实力都在世界前列,难道他也能生产高端光刻机?为什么荷兰这么一个小国却掌握了光刻机的核心技术?
客观地说,美国确实没有掌握高端光学技术的核心技术。目前,世界上最高端的光刻机基本被荷兰ASML公司垄断。例如,世界上14纳米以上的光刻机基本被荷兰ASML垄断,而7纳米的EUV光刻机只有荷兰ASML能提供。
前面的回答有数据和概念错误,把测试数据当量产数据,还混淆了晶圆和芯片的关系,所以来补充一发。预告:高清多图,图片信息量大,需要仔细品味。先说晶圆和芯片的关系。晶圆就是从硅锭(不是龟腚)上切下的一张张薄片,下图中的长柱子就是刚拉制出的硅锭,从尺寸看直径应是12英寸的,高大约2米(参考旁边站立的人群),重150公斤。
下图是硅锭和晶圆。特别说明,仔细看的话,会发现下图右边的晶圆有多种尺寸,最小的仅有不到乒乓球大(历史上最早的晶圆只有拇指大),最大的超过普通菜盘。
晶圆是制造芯片的基材,通过光刻机等设备在晶圆上制造出超大规模集成电路,这些集成电路在晶圆上是一个个指甲大的小方块,行话叫die,如下图。
说制造过程就是简单一句话,实际仅仅前工程(又叫“扩散工程”)就需要300——400道工序。
一张12英寸晶圆能制造多少片die呢?由于CPU、GPU、手机SOC芯片和DRAM芯片的尺寸千差万别,所以只能说一个大概数:300左右。现在回到正题:ASML一台7纳米光刻机每月制造多少片die?前面网友说的“日产500到600片晶圆”,错误有俩,首先“日产X片晶圆”应是“日加工X片晶圆”;其次500到600片晶圆只是试运行数据。量产后,一台7纳米光刻机每小时可加工250张12英寸晶圆(接近最大产能),按24小时开工计算,一天可加工6千张晶圆,一个月(按三十天计算)可加工18万张晶圆。
如果制造面积较小的手机SOC芯片(SOC芯片有多小?可以参见下图中麒麟芯片和余承东手指的比例,其die大概有成人半个手指甲大,图片点击可放大),按每张12英寸晶圆可制造350片die估算,一台光刻机每月可制造6300万片die。
当然,这6300万片die并不全都好用,否则***良率还不得让台积电睡着了也笑醒?根据台积电披露的5nm工艺良率推测,7nm也按80%良率计算(SOC属于逻辑芯片,比SRAM存储芯片复杂,所以按平均良率已经是一个比较高的水平),实际得到大约5000万片die。
所以,理论上说,ASML一台7纳米光刻机每月可加工18万张12英寸晶圆,制造大约5000万片可用的die。但考虑到客户一次下单量不可能这么大,加上制造过程中需要停机检查,所以实际产量会低于5000万片。
最近,一位本科生自制光刻机的视频火了。是的,你没听错,大连理工大学化工学院的学生彭译锋,竟然凭着一张图纸成功在家里搭建了纳米级光刻机,还成功光刻出~75微米(75000纳米)的孔径。
这位同学还在读本科,整个制造过程都是在一间超简陋的小书桌上完成的,全部数学演算全靠一张白板,所有的材料都堆放在桌上地上,简直就是“家居实验室模范”。
彭同学在视频中表示,他制造光刻机的图纸来自自己西安电子科技大学的同学,彭同学也正是凭借着这张图纸,完整复刻了整台纳米级光刻机。
扩展资料:
光刻机技术一直被誉为“工业之光”“工业上的皇冠”
成功生产半导体芯片的技术主要分成,湿洗、光刻、离子注入、干蚀刻、湿蚀刻、等离子冲洗、热处理、快速热退火、退火、热氧化、化学气相淀积(CVD)、物理气相淀积(PVD)、分子束外延(MBE)、电镀处理、化学/机械处理、晶圆测试和晶圆打磨,经过这些步骤都成功后,才能出厂封装。
看着步骤挺多,但是再看看制作工序,其中的第二步就是光刻,也就是说,如果我们还没有掌握5纳米和7纳米的技术工艺,后面的工艺基本就无法继续。
为了能研发出我们国家的自产芯片,不知道有多少优秀的人才正在日以继夜地进行苦心钻研,早日国产化,是我们每一个中国人的心愿。
参考资料来源:澎湃新闻-低成本DIY纳米级光刻机!这位95后男生火了…
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。