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製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

華為制裁事件與歐美的陰謀

大家都知道“華為制裁事件”,美國指示其走狗加拿大,逮捕孟晚舟女士,並且斷供華為晶片。

製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

華為被制裁不是一朝一夕的了,而是歐美有預謀的扼殺中國高新技術產業的一個計劃。1965年,當時光刻巨頭ASML尚未誕生,日本一些晶片巨頭剛剛進入這一領域。我國與歐洲和美國基本處於同一水平。我國自主開發了第一塊晶片,我國科學院開發了第一臺65觸點光刻機。1978年,美國GCA公司推出了世界上第一臺精度約為3微米的商用光刻機。兩年後,清華大學也成功研製出了同樣精度的光刻機。可以看出,在80年代,我國晶片領域的技術水平仍處於國際前列。然而,當我國的晶片技術在20世紀80年代燃起星星之火時,歐美國家放鬆了技術封鎖,廉價美觀的外國產品湧入市場,“買勝於做”的想法開始流行。包括光刻機在內的許多新興民族產業被扼殺在搖籃中,我國自主晶片研發的道路逐漸衰落……

一顆CPU的製作過程

用沙子製作CPU為什麼那麼困難,廉價的沙子製作出來的CPU為什麼那麼貴?接下來看一下一顆CPU的製作過程。

製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

1.當然,第一件事是選擇一塊矽片

晶片要求很奇怪,它需要建立在沙子上,也就是我們知道的CPU是由沙子製成的。然而,晶片不能直接建在沙子上,所以沙子需要特殊處理。這種處理是透過一系列的提純和切割獲得切屑基圓晶體的過程。晶圓:切割出的晶圓經過拋光後變得幾乎完美無瑕,表面甚至可以當鏡子。

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2.光刻膠

圖中藍色部分就是在晶圓旋轉過程中澆上去的光刻膠液體,類似製作傳統膠片的那種。晶圓旋轉可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。

製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

3.光刻

就單項技術工藝來說,光刻工藝環節是最為複雜的,成本最為高昂的。因為光刻模板、透鏡、光源共同決定了“印”在光刻膠上電晶體的尺寸大小。

製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

將塗好光刻膠的晶圓放入步進重複曝光機的曝光裝置中進行掩模圖形的“複製”。掩模中有預先設計好的電路圖案,紫外線透過掩模經過特製透鏡折射後,在光刻膠層上形成掩模中的電路圖案。一般來說在晶圓上得到的電路圖案是掩模上的圖案1/10、1/5、1/4,因此步進重複曝光機也稱為“縮小投影曝光裝置”。

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一塊晶圓上可以切割出數百個處理器,不過從這裡開始把視野縮小到其中一個上,展示如何製作電晶體等部件。晶體管相當於開關,控制著電流的方向。電晶體及其微小,一個針頭上就能放下大約3000萬個。

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溶解光刻膠:光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉,清除後留下的圖案和掩模上的一致。然後光刻,並洗掉曝光的部分。

離子注入:在真空系統中,用經過加速,並摻雜原子的離子照射固體材料,從而在被注入的區域形成特殊的注入層,並改變這些區域的矽的導電性。經過電場加速後,注入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時。

離子注入完成後,光刻膠也被清除,而注入區域(綠色部分)也已注入了不同的原子。這時候的綠色和之前已經有所不同。

至此,電晶體的製造已經基本完成。然後在絕緣層(紅色部分)上蝕刻出三個孔洞,並填充上銅,以便和其它電晶體互連。

電鍍銅層:在晶圓上電鍍一層硫酸銅,將銅離子沉澱到電晶體上。電鍍完成後,沉積在晶圓表面的銅離子形成一個薄薄的銅層。

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拋光:將多餘的銅拋光掉,也就是磨光晶圓表面。

磨光後的晶圓表面下顯露出金屬層,銅離子金屬層屬於電晶體級別,大約500奈米。金屬層在不同電晶體之間形成複合互連金屬層,儘管晶片表面看起來異常平滑,但事實上包含20多層複雜的電路,形如未來世界的多層高速公路系統。

進行晶圓測試:使用參考電路圖案和每一塊晶片進行功能性測試,然後丟棄瑕疵核心。

將晶圓切割成塊,尺寸300毫米/12英寸,每一塊就是一個處理器的核心(Die)。

為什麼cpu製程工藝非要追求7nm、5nm甚至2nm,為何要追求這麼小

製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

讓我們來看看高階晶片技術的好處,否則它就像在紙上說話。14nm、7Nm和5nm工藝究竟意味著什麼?在整個晶片電路中,電晶體的柵極是最窄的線。如果柵極為14nm,則表明使用了14nm工藝。類似地,7Nm和5nm工藝指的是不同規格的門。工藝越先進,同一區域的晶片中可容納的電晶體就越多,從而提高效能(許多人認為,蘋果A系列處理器優於其他製造商處理器的原因是,蘋果A系列處理器不需要整合基帶晶片,而且在同一計算區域中有更多的電晶體)。工藝越先進,所需的電壓和電流越小,加熱能力必然同步降低,即工藝的改進必然降低功耗。

加之銷售商們對效能的吹捧,讓消費者對高效能新技術無限狂熱,所以每當高新技術出現時,落後的技術就會被淘汰,同樣一個企業沒有技術創新,就會被時代所淘汰。


光刻機為什麼那麼難造

隨著科技的發展,現代高階手機晶片中有100多億個電晶體,舉例來說華為5nm工藝中麒麟1020晶片的密度高達每平方毫米1.7億個。這種加工精度決定了光刻機是半導體制造工藝中技術含量最高的裝置,涉及到紫外光源、光學透鏡、精密運動、環境控制等多項世界頂級科技成果的應用。

光刻機被譽為現代半導體工業皇冠上的明珠。現在,一臺EUV光刻機的配件多達100000件,價格高達1.2億美元。目前,荷蘭ASML是全球最大的光刻市場,佔全球高階光刻市場份額的89%,其餘被尼康和日本佳能瓜分。7奈米以下的EUV光刻市場完全被ASMA壟斷,淘汰了尼康和佳能等競爭對手。

製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

環顧世界,有許多國家可以製造原子彈,但目前唯一可以製造的高階EUV光刻機是荷蘭的asmai公司。一方面,擁有10萬件配件的EUV光刻機彙集了世界頂尖技術,這是一個國家的技術後備力量無法獨立實現的。另一方面,畢竟,光刻機只是一種生產工具。與原子彈不同的是,它可以由整個國家的力量不計成本製造。光刻機只是晶片製造的一個環節,需要上下游產業鏈的支撐。

目前,ASML已成為全球唯一具備EUV光刻機生產能力的製造商。以波長為13.5nm的極紫外光為光源,可實現7nm以下工藝的晶片。目前,蘋果、華為等旗艦手機的5nm工藝晶片均由ASMA EUV光刻機生產。尼康和佳能只能看著EUV,面對技術壁壘和巨大的開發投資而嘆息。他們起得很早,錯過了比賽。

製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

那麼誰賣的是阿斯邁公司生產的EUV光刻機呢?資料顯示,2019年,該公司生產了26臺EUV光刻機,其中一半賣給臺積電,另一半賣給英特爾和三星等客戶。中芯國際,一家國內半導體OEM企業,曾花費1.2億美元訂購一臺。它還沒有交付!

《瓦森納協定》又稱瓦森納安排機制,全稱為《關於常規武器和兩用物品及技術出口控制的瓦森納安排》,目前共有包括美國、日本、英國、俄羅斯等40個成員國(注:沒有中國)。儘管“瓦森納安排”規定成員國自行決定是否發放敏感產品和技術的出口許可證,並在自願基礎上向“安排”其他成員國通報有關資訊。但“安排”實際上完全受美國控制。當“瓦森納安排” 某一國家擬向中國出口某項高技術時,美國甚至直接出面干涉,如捷克擬向中國出口“無源雷達裝置”時,美便向捷克施加壓力,迫使捷克停止這項交易。

製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

我國光刻機的發展

作為國內光刻裝置的龍頭企業,上海微電子裝備(SMEE)目前最先進的光刻裝置也只能提供最高90mn的工藝技術。單從指標上看,基本也和ASML的低端產品PAS5500系列屬於同一檔次。此外還有合肥芯碩半導體、無錫影速半導體等企業,目前也只能提供最高200mn的工藝技術。

目前國家也在針對光刻機領域進行重點突破。中國16個重大專項中的02專項,就提出光刻機到2020年研發出22nm。2015年出45nm的並且65nm的產業化。45nm是目前主流的光刻機工藝,包括32nm的還有28nm基本都是在45nm的侵入深紫外光刻機上面改進升級來的。所以中國掌握45nm的很重要。45nm光刻機是一個很重要的臺階,達到這個水平後,在45nm光刻機上面進行物鏡和偏振光升級可以達到32nm。

製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

另外,用於光刻機的固態深紫外光源也在研發,我國的光刻機研發是並行研發的,22nm光刻機用到的技術也在研發,用在45nm的升級上面。還有電子束直寫光刻機,奈米壓印裝置,極紫外光刻機技術也在研發。對光刻膠升級,對摺射液升級,並且利用套刻方法可以達到22nm到14nm甚至10nm的水平。相應的升級的用的光刻膠,第3代折射液等也在相應的研發中。

最近中科院釋出了報道,其中提到了一種新型5nm超高精度鐳射光刻加工方法,能夠提升5nm工藝製程,能夠提升手機的工藝製程,但是它並非是真的對光刻機產生影響,它更多的是理論方面的研究。

製造EUV光刻機真的比製造原子彈要難嗎?

“在解決‘卡脖子’問題方面,科學院已經有一些部署。”在2020年9月16日的國新辦釋出會上,中國科學院院長白春禮介紹了中科院“率先行動”第一階段實施進展情況。

“未來十年我們還會針對一些‘卡脖子’的關鍵問題做一些新的部署。”白春禮具體談到。一是繼續研發自己的超算系統,超算目前已經應用到氣象預報、分子設計、藥物研發、大氣預報等,還可以用到基礎性的研究、宇宙學研究等。二是很多關鍵材料和關鍵核心技術還需要進口,比如航空輪胎、軸承鋼、光刻機等

期待未來我國能夠趕上世界先進水平!實現彎道超車或者換道超車!!!

分類: 財經
時間: 2021-11-29

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