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光刻机是什么呢?是制造芯片的机器,而芯片是整个手机的心脏。

那光刻机的原理是什么呢?如同冲洗照片,但又有差异,可以说洗照片是把小的底片放大,但光刻机的是把大的底片缩小,也就是把电路图缩印到晶圆衬底上(类似相纸)。

那么,为什么由一个简单的原理制造的机器,门槛那么高呢?

精度,也就是加工的精度,由量变引发的质变才是光刻机的难处。

举个例子,给你一个电路图,如果要画到一张A4纸上很简单,如果要画到一张邮票上就困难一些,如果要画到一粒沙子上就更困难了。但如果把这个沙子放到一个赛车的挡风玻璃上,让你开另外一辆赛车,一边追一边画,还不能出错,就几乎不可能,虽然它们都叫一个名字—画电路图。所以光刻机也分低端和高端,10nm以下是高端的,你可以理解为笔的粗细,笔越细越高端,同样一粒沙子,笔越细画的东西就越多。

目前光刻机制程领域的最高工艺是5nm

,仅仅相当于50个原子的宽度。在这种极致的要求下,任何的细节被忽略都是一场很大的灾难。比如说振动,这种精度下,任何振动都极度的敏感;比如说关个门,结果可能都会灾难性的,所以必须要搭配一个极端精密的减震系统;再比如光源,它是画图用的,它必须频率稳定,能量均匀,平行度高,就像那个笔,它不能一会儿粗,一会儿细,一会儿没水了,一会跑歪了,任何曝光不准都会严重影响成像,所以它需要光束矫正器,能量控制系统一系列辅助设备;再比如掩模板,就是那个底片,在掩模台上运动控制精度必须nm级别,稍有偏差,成像就会有问题;再比如反光镜,它是引导光线的,精度以皮米计算,也就是万亿分之一米,如果反光镜的面积有整个德国那么大,那么最高的凸起不能超过一厘米;再比如透镜,它是把电路图按比例缩小的,如此庞大的体积,让光线穿过层层叠叠的镜片,多次折射不出偏差,最终达到nm级别的光刻精度,所以镜片的纯度、打磨难度和组装难度可想而知。

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而在生产的过程当中,人类又成了最大的污染源,普通人每天要带一些10亿个皮肤微粒,所以

无尘车间的要求也同样极高

。在如此高难度之下,没有任何一家公司可以独立完成所有的环节。即使高端光刻机领域的绝对领先的阿斯麦ASML,核心优势也是在设计和组装校准,十多万个零件绝大部分都是外包。比如光源采用的是美国的Cymer,透镜是德国的蔡司,一个看似简单的原理,在超高精度的资源下,需要结合光学、材料、控制、电子、机械、化学等最顶尖的技术,才能最终完成这一人类历史上几乎最精密的机械。

目前全球光刻机领域的龙头老大是荷兰的ASML

,占领了80%的市场,日本的尼康和佳能已经被ASML完全击败,最先进的EUV光刻机只有ASML能够生产,大家所使用的的手机的处理器、电脑的CPU、大部分是ASML的光刻机制造出来的。当前荷兰ASML的7nm极紫外光刻机(EUV)已经非常成熟,市场上苹果A12处理器、华为麒麟980处理器,高通的骁龙855处理器和865处理器,均是由台积电使用ASML的7nm光刻机代工生产的,更有消息称ASML已经开始生产5nm制程的光刻机了。

阿斯麦的组件供应商

对我国而言,

一直以来都难以制造出最先进的光刻机

,这也成为了我国半导体行业永远的心病。为了获取最新的光刻机,我国中芯国际公司不惜砸下重金于2018年向ASML订购了两台光刻机,其中就包括一台EUV光刻机。然而直至今日,ASML公司也没有完成交付,有些人说是因为美国从中阻扰,而有些人则认为是荷兰政府不答应,总之说到底,我国要拥有光刻机的自主产权,才能彻底不受制于人。

实际上,我国也是一直在光刻机的发展上不断努力。目前,

我国最先进的光刻机制造厂商上海微电子装备公司——SMEE

,目前能够量产90nm的光刻机,但相比ASML光刻机的7nm工艺,90nm制程工艺显然是远远不够的,相比而言可以说是落后了十几年,欣慰的是,我国并没有放弃在光刻机领域的深耕。

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上海微电子公司也在不断进步着,近年来,随着我国在半导体行业投入了大量资金,这些公司也逐渐发展了起来,而国产光刻机与荷兰顶级光刻机之间的差距也在慢慢的缩小。前段时间上海微电子厂更是传来了一个好消息,那就是我国已经能够紫外线光源,实现22nm分辨率的光刻机了。

这个消息意味着我国光刻机产业即将迎来曙光,一旦技术成熟,我国将能够实现越级生产出22nm光刻机。当然了,单凭一家企业是无法独立完成光刻机的制造的,对我国来说,光刻机的零部件还需从国外进口,光刻机的发展还是一个漫长的过程。

总而言之,虽然西方国家掌握了当前光刻机技术和供应链,但是随着我国在光刻机领域的不断投入,迟早会有弯道超车的一天。