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在2020年的時候,我國的光刻機屬于什么水平?
光刻機是芯片制造過程中的重要機器,光刻機的先進(jìn)程度決定了芯片的質(zhì)量。而世界上最頂尖光刻機仍舊是荷蘭的ASML掌握,ASML占有了全球超過80%的市場份額,并且單臺7nm光刻機售價已經(jīng)超過了6億美元。
我國光刻機最高技術(shù)仍舊是上海微電子研究所的90nm工藝,它的SMEE200系列光刻機、300系列光刻機、500系列光刻機、600系列光刻機只能夠達(dá)到90nm工藝水平。而像江蘇無錫影幻半導(dǎo)體公司、合肥芯碩半導(dǎo)體公司都只能夠擁有200nm工藝的光刻機量產(chǎn)能力。
表面上來看90nm與28納米以下工藝差不了多少,事實上它們確實天差地別。為什么要這樣去說?可以來看這樣一句話:光刻機堪稱人類智慧集大成的產(chǎn)物,它被稱為現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花。從這一句話就可以知道,光刻機技術(shù)有多難突破。
有一年上海微電子裝備公司總經(jīng)理賀榮明去德國考察時,那里的工程師這樣對他說,就算我們給你們?nèi)椎膱D紙,你們?nèi)耘f做不出來先進(jìn)的光刻機。(這一點與當(dāng)初的蘇聯(lián)政府對我國態(tài)度比較相似)
為什么他們敢這樣說?并不是瞧不起,而是因為一臺光刻機它的內(nèi)部由幾萬個精密零件、幾百個執(zhí)行器傳感器、千萬行代碼組成的超復(fù)雜思維系統(tǒng),它的內(nèi)部器件運動精度誤差不超過一根頭發(fā)絲的千分之一。這就像坐在一架超音速飛行的飛機上時,拿著線頭穿進(jìn)另一架飛機上的針孔。
1、美國和一些歐盟國家支持
荷蘭ASML光刻機的發(fā)展離不開美國和歐盟國家的支持,例如德國給它提供了先進(jìn)的機械工藝以及蔡司鏡頭,而在光刻機光源方面,是由美國進(jìn)行提供。蔡司鏡頭大家都知道,技術(shù)封閉相當(dāng)?shù)膰?yán)重。據(jù)說蔡司工廠,祖孫三代在同一家公司的同一個職位,技術(shù)根本不外傳,鏡片材質(zhì)要做到均勻,需幾十年到上百十年技術(shù)積淀。
2、技術(shù)細(xì)分精明
光刻機需要上萬個零部件和各種高端技術(shù),荷蘭的ASML對此做了非常精確的細(xì)分。它先后去投資了很多很多公司,例如現(xiàn)在ASML占據(jù)了德國蔡司的24.9%股份,又收購了一系列美國先進(jìn)光源公司。這也就保證了它有足夠的公司實力支撐它,不缺技術(shù)。
3、強大技術(shù)研發(fā)
華為和ASML是一家非常像的公司,都是非常重視技術(shù)研發(fā)投入。2019年 ASML全球銷售額大概是21億歐元左右,而它的研發(fā)費用支出就達(dá)到了4.8億歐元,研發(fā)費用占營收的比例達(dá)到22.8%。正是因為由如此大的投入,才成就了它的今天。
4、荷蘭本身的原因
2015年,在南京光電所,終于成功研制出微米級別光刻機!
在2018年,又一鼓作氣,成功研制出納米級別的沉浸光刻機,在實驗室最低能刻畫出6納米這么微小的核心芯片。
目前已經(jīng)與上海SMEE形成戰(zhàn)略伙伴,很快就可以達(dá)到納米光刻的量產(chǎn)。
我國芯片一直落后西方國家,芯片的落后就是光刻機的落后,所以西方國家就壟斷了光刻機市場。他們說,研發(fā)高端光刻機比研發(fā)核彈還難,這話確實不假。我們看一下荷蘭生產(chǎn)的ASML高端光刻機有多少國家參與,就知道它的難度了。荷蘭生產(chǎn)的ASML光刻機,它的光源技術(shù)來自美國,光學(xué)設(shè)備來自日本,機械工藝和蔡司鏡頭來自德國,軸承來自瑞典,閥件來自法國,制造技術(shù)來自臺積電和三星,它的內(nèi)部零件就有10萬多個,怪不得外國人敢說,就算他們把圖紙給我們,我們也造不出高端光刻機來??磥?,外國人太不了解中國人了,他越說中國人制造不出高端光刻機,中國人就越快能把光刻機造出來給他們看。
其實,中國很早就研發(fā)了光刻機,由于當(dāng)時效益來的太慢,所以中途停了十幾年,正常各類芯片都依賴進(jìn)口。十五期間,科技部把光刻機作為國家首要科研項目,并在2002年將它列入國家863重大攻關(guān)計劃。這幾年,美國為了打壓中國,阻止中國高科技發(fā)展,發(fā)起了華為之戰(zhàn),利用國家力量阻止華為發(fā)展,斷供所有高科技芯片。大家應(yīng)該知道,華為芯片大部分進(jìn)口西方。由于高端芯片是由光刻機制造出來的,他們認(rèn)為我國目前還沒有自主研發(fā)的高科技光刻機,正因為這樣,美國就想卡華為脖子。然而,讓美國人失望的是,華為早有準(zhǔn)備,華為海思高端芯片研究早已經(jīng)走在世界前列,能和高通,三星比肩。今年,華為發(fā)布的麒麟900已經(jīng)突破到5納米精度,這就是華為人的自豪,也是中國人的自豪。
中國高科技企業(yè)很多,對光刻機研發(fā)的企業(yè)更是卯足了勁,他們相信,外國人能做到的,中國人一定能做到。這不,2020年下半年,中國光刻機龍頭企業(yè)----上海微電子集團公司近期發(fā)布了重大消息,他們研發(fā)的28納米光刻機橫空出世。這個一個振奮人心的好消息,國人為之歡呼,科技界為之祝賀,外國人為之震驚。28納米光刻機通過一定技術(shù),可以實現(xiàn)14納米,10納米和7納米工藝制作,是當(dāng)前中國最先進(jìn)的光刻機,技術(shù)水平已經(jīng)踏上了世界前列。雖然它和荷蘭的ASML的高端光刻機有一些差距,但它足以滿足國內(nèi)高端芯片制作需求,是個重大突破,計劃2021年就可量產(chǎn)使用。
由于西方對中國高科技打壓,本計劃15-20年研發(fā)出高端光刻機的計劃又要提前了。這就是西方人越嘲笑我們做不到,我們就越快做給他們看,中國人從來就不服輸,因為沒有任何困難可以阻擋中國人。我相信,要不了幾年,中國自主研發(fā)的最高端光刻機就可以問世,那時,它將震驚全世界。
2020年我國光刻機現(xiàn)在屬于什么水平?詳細(xì)數(shù)據(jù),多少納米?光刻機在芯片制造中具有非常重要的作用,就是因為這個關(guān)鍵設(shè)備,國內(nèi)的高端芯片特別是手機芯片制造瓶頸一直沒有突破。雖然國內(nèi)光刻機的發(fā)展時間并不短,但其水平在國際上一直處于低端,最近兩三年由于國內(nèi)芯片研發(fā)設(shè)計突飛猛進(jìn),所以對芯片制造的要求越來越高,光刻機引起了極大的關(guān)注。
目前全球研發(fā)制造光刻機水平大致為:最高端為荷蘭ASML公司高端光刻機,幾乎壟斷了全球高端光刻機市場,目前可以制造7nm芯片。中低端光刻機基本是日本尼康和佳能,可以制造75nm-14nm左右的芯片,占據(jù)中端市場比較多。國內(nèi)的上海微電子集團(SMEE)主要是占據(jù)低端市場,特別是國內(nèi)市場80%低端光刻機都是SMEE的設(shè)備,目前只能制造90nm的芯片。目前正在攻克制造65nm制程的技術(shù)。
從上面可以看出國內(nèi)與最頂尖的ASML公司的高端光刻機的距離相當(dāng)大,所以國內(nèi)幾個光刻機研發(fā)機構(gòu)也在全力研發(fā)光刻機,特別是光源部分取得了不錯的突破。目前荷蘭ASML最新的光刻機光源波長為13.5nm極紫外光(EUV),可以制造14nm、10nm、7nm制程的芯片生產(chǎn)。
但國內(nèi)中科院光電所最近取得了重大突破,采用365nm的近紫外光源,可以實現(xiàn)22nm制程,結(jié)合雙重曝光技術(shù)之后,未來可以制造10nm級別的芯片。可以說與目前90nm制程相比已經(jīng)是飛躍的發(fā)展了,但即使如此,也與ASML的距離相差不小,目前ASML已經(jīng)可以要突破5nm制程技術(shù)。但即使這樣的成果,還不一定更能夠夠應(yīng)用于復(fù)雜的IC需要的圖形。
不過這只是實驗室研究的成果,真正要把中科院光電所的實驗成果進(jìn)行到實用階段,還有不少的時間。要量產(chǎn),不只是光源問題,還有諸如精密軸承、精密鏡頭等相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,這方面還需要不少時間,因為國內(nèi)的相關(guān)零部件很難滿足如此高精密、高品質(zhì)的。
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