集合了数学、光学、高分子物理和化学、精密仪器、软件等领域顶尖技术产物,这就是光刻机。虽然光刻机所需要的技术和工艺极端复杂,但是光刻机的工作原理并不复杂,其实就是用紫外线光在晶圆上雕刻,让芯片上的电路雕刻为需要的图案。但是,现阶段最先进的EUV光刻机可以做到7nm的精度,相当于头发丝的万分之一。没有光刻工艺,芯片制造就无从谈起。

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为了达到这样的精度,在雕刻过程中晶圆需要快速移动,每次移动10厘米,误差却要控制在纳米级别。这个误差级别我们打个比方,相当于一个人头上顶着一碗水以极快的速度从法国冲刺到德国,不仅水一滴都不能洒出来,路途中脚步还要踩在预定的脚印上。那么制造光刻机有多难呢?目前全世界制造光刻机的最顶尖的公司是荷兰ASML公司,而ASML光刻机采用了多个国家的顶尖技术与硬件支持、多家世界科技公司巨头合力研发,内部零件数量高达10万个(一辆汽车的零件仅有5000余个零件),整台机器重量高达180吨。可以这么说,光刻机是融合了人类几乎所有顶尖理工技术的结晶和代表。

我国早在60年代就曾自主探索了光刻机领域,且当时我国的光刻机制造技术在当时世界中就处于世界先进地位。当时世界光刻机巨头ASML还未诞生,而同样具有光刻机制造能力的日本尼康、佳能与60年代末才进入光刻机领域。1962年我国第一代硅平面晶体管问世,1965年我国第一块集成电路问世,显示出我国于60年代中期即拥有了利用光刻技术制造集成电路的技术,1980年清华大学第四代分步式投影光刻机研制成功,光刻精度达到3微米,我国光刻机领域接近世界主流水平。

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可惜,尽管当年我国单项技术并没有落后于世界太多,但是迫于没有完整产业链,之后光刻机的攻关一直没有太大进展。2002年,上海微电子成立。到今天,上海微电子的光刻机代表了我国光刻机的最高水平,制程工艺为90nm。有消息称,上微今年即将交付28nm工艺的国产沉浸式光刻机,预计2030年即可实现EUV光刻机的真正国产化。

近年来,我国虽然在科研上取得了多项重大进步,但是在芯片的研发和制造领域还需要更大的突破。特别是在疫情后,全球新一轮的“芯片荒”造成了产业链对于芯片供不应求的问题,我国想要推动独立自主芯片研发的进展,光刻机的制造生产就显得极为重要。相信我国作为世界工业门类最为齐全的国家,假以时日,一定可以研制出国产的成熟光刻机。

(文/在锐思)