光刻机是个什么玩意?

浪起激光2020-06-16108740
我们都知道华为的芯片大多由台积电代工,但是台积电的芯片生产机器——光刻机——产权和美国有着莫大的关系,即是说台积电很有可能迫于美国的压力断供华为芯片,而华为来自日本的芯片也极可能与美国有所关联。

有人就问了,光刻机是个什么玩意?为什么它这么重要我们不能自己造?
《中科院之声》一篇文章曾如此介绍光刻机:后工业时代包括现在的工业3.0、工业4.0,都以芯片为基础,光刻机作为制造芯片的工具,就相当于工业时代的机床,前工业时代的人手。
据了解,自集成电路诞生之后,单个芯片上集成的元件数量不断增多,随着技术的进步,成千上万的元器件和导线经过一系列工艺被“雕刻”在硅片上,完成这些“雕刻”步骤的工具就是半导体设备,其中最重要的就是光刻机。
光刻机是芯片制造的核心设备,在加工芯片的过程中,光刻机通过一系列的光源能量以及形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图层比例缩小后映射到硅片上,然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图。简单地说就是在极小的晶圆上画电路,刻画的电路越多,计算能力就越强,现代芯片性能的不断提升,根源就在于芯片光刻技术的不断进步。现在最先进的EUV光刻机的“雕刻精度”已达7nm,精度相当于一根头发的万分之一。要达到这样的雕刻精度,在雕刻的过程中,晶圆需要被快速移动,每次移动10厘米,但误差必须被控制在纳米级别。为了达到这种精度效果,目前世界上最先进的光刻机上有超过10万个零件,要知道,汽车上的零部件也不过5000个。光刻机被誉为“世界半导体工业皇冠上的明珠,是当今人类现代工业文明和智慧的结晶”丝毫不为过。
荷兰的ASML是当今世界光刻机市场上的绝对霸主,市占率超过70%。Canon和Nikon的市场份额还不断被挤压,尤其是在主流的逻辑芯片加工领域,Canon和Nikon完全无力和ASML竞争,7nm以下制程的光刻机只有ASML能制造。
光刻机是个什么玩意?
真正奠定ASML霸主地位的是13.5nm波长EUV(极紫外光)光刻机的研发,由于其技术难度高,可谓是欧洲和美国的最先进技术的集大成者,2019年,全球数家巨头合资历时20年研发的EUV光刻机终于应用于产线,它的诞生将大幅缩减 7nm和5nm制程的工艺步骤。每台售价超过1亿美元。
光刻机制造难度之大,研发耗时、耗资之巨,可想而知。最令人望而兴叹的是,在制造光刻机这件事上,不存在弯道超车的可能。


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