不吹牛的说,市面上存在的东西就没有我们造不出来的,荷兰人这句话说得有点过了,而且荷兰人已经被打脸了。

白手起家制造原子弹

很多人认为制造光刻机比制造原子弹要难得多,导致越来越多的人认为原子弹很容易制造的假象,其实绝非如此,中国第一颗原子弹耗费了大量的人力、物力、财力。

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1955年,新中国成立几年时间,科技实力和经济水平十分的薄弱,但是没有阻挡住中国人制造原子弹的决心。

中国的原子弹工程又称“596计划”,因为在1959年6月苏联单方面撕毁中苏国防新技术的协定,并撤走了专家,带走了设备和图纸,为了纪念这个艰苦的岁月,命名为“596计划”。

原子弹是一个庞大的系统工程,包括科研、设计、制造、生产、试验等许多环节,参与的人数也达到了30万,除了钱学森、邓稼先等科学家外,还有数万名技术工作者、工程师、民兵、工人和后勤人员等。

制造原子弹最为关键的就是原材料—铀

铀是原材料必须的材料,技术和原料都是高度机密,而且铀十分昂贵,当时1公斤铀价值1500万美元。而当时中国GDP仅为900亿人民币。

第一步就是出动地质队,全国各地、深山老林中寻找铀矿,经过不懈的努力,最后终于在华中地区探测到了铀矿。

随后由工程师、技术人员、工人等组成的0万人的庞大队伍,开始开采铀矿,按照一枚原子弹需要15公斤铀计算,就要开采出3000吨高品质铀矿。

10万人用了10年的时间,终于制造出了2块铀坯。

铀坯制造出后,还需要加工,以当时的设备和技术,制造工艺绝不亚于现在生产芯片的难度。

加工过程由3人操作:

第一人主刀:每车一刀,厚度仅有头发丝的十分之一。

第二人为监护:提醒主刀操作,同时及时拾起他车下的铀屑,防止其积聚在切削盘内,引起裂变链式反应。

第三人负责测量,主刀每车三刀,他就要测量一次,看看还差多少,还要车多少刀。

当时的领导说了一句话,让所有人都紧张起来了,他说:同志们,铀-235铸件只有两套,一个都不能有任何的损坏。这是我们的命根子,比我们的生命还重要。

主刀叫原公浦,他以精湛的技术,完成了使命,被称为“原三刀”。

车工完毕后,还有很多的工作要做。

10个核效应大队(科研、总后、海、陆、空、装甲、防化、铁道、工程、炮)需要在试验现场布置好楼房、车站、汽车、火车、飞机、坦克等各种效应物。

而爆炸后,还需要进行测试,需要有一批“敢死队”进入蘑菇云进行采样。

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就是在极端艰苦的条件下,在百废待兴的时刻,几十万人用智慧、奉献、甚至鲜血制造出了新中国第一颗原子弹。

单从技术和精确度来看,光刻机似乎比原子弹更难制造

光刻机又名曝光机,是生产大规模集成电路的关键设备,将电路结构临时"复制"到涂有光刻胶硅片上的过程,制造和维护需要高度的光学和精密制造技术。

高端光刻机被称为“现代光学工业之花”,制造难度很大,全世界只有少数几家公司能制造。

目前世界上最先进的光刻机是荷兰ASML生产的EUV光刻机,这台光刻机可以生产出最先进的5nm制程芯片。

这台光刻机仅零部件就超过了十万个,螺栓数量超过4万个,3000多条线路,内部软管加起来,就有两公里长,设备重量达到了180吨,如此庞大精密的设备安装调试就需要几个月。

设备最精密的部件就是:镜头和光源

镜头:采用了德国蔡司镜头

蔡司是德国著名的光学仪器厂商,蔡司镜头历史悠久,品质优良,成为了行业中“高贵”的代名词,公司对镜头质量要求非常高。

一个镜片,如果工艺不同人打磨,光洁度相差十倍。因此,很多人在一个岗位上一干就是几十年,拥有几十年的技术和经验。

EUV光刻机采用的镜头要求:制作一个地球面积大小的镜头,误差在一根头发大小。

光源:采用了美国Cymer公司极紫外光

极紫外光是一种波长极短的光(仅为13nm),它是通过激光在特殊技术下产生的等离子源。

这种光源工作在真空环境下,产生紫外波长,然后由光学聚焦形成光束,光束经由用于扫描图形的反射掩膜版反射,由于极紫外光的固有特性,产生极紫外光的方式十分低效,能源转换效率只有 0.02% 左右。

除了镜头和光源外,工作环境也很重要

精密工作台,工作台要求:绝对稳定的工作环境,芯片的曝光必须在真空中,并且采取恒温技术,工作室的空气要比外界干净1万倍,工作台高速运动期间,系统不能振动。而光刻机要多的事情,就好比在真空、恒温、无尘、高速运动的环境中,在一粒米上雕刻清明上河图,机械动作误差为皮秒(百万分之一秒),这些基本都是挑战人类极限的工作。

这就是世界上最先进的光刻机—荷兰ASML公司的EUV光刻机,价格约为1.6亿欧元每台,折合人民币约12.5亿元,关键是有钱还不一定能够买到。

我国已经拥有光刻机,而且经济实力和技术实力大幅提高,造什么都不难,只要有决心。

1955年开始研究原子弹,当时国家GDP约为900亿元,中国人口总数约为6亿,平均受教育程度不足3年。

今天,我国GDP突破了100万亿,人口达到了14亿,平均受教育程度突破了10年。

北斗导航全面组网成功,天问一号登上火星,5G、高铁、量子计算、大飞机等纷纷问世,部分技术达到了世界领先。

1978年,是我国博士培养的起点,那一年仅仅招收了18名博士生,到了2017年已经累计招收博士生约115万人,现在,中国14亿多人口,博士占人口的比重为万分之5.7。

1955年,中国汽车保有量10.15万辆,大部分家庭没有汽车,很多地方的农村连一辆都没有。

2020年全国机动车保有量达3.72亿辆,其中汽车2.81亿辆;机动车驾驶人达4.56亿人,其中汽车驾驶人达4.18亿人。无论是城市还是农村,汽车已经不在稀奇,甚至很多地方,一个家庭没有汽车才算是稀奇的事情。

可以说无论从经济实力,科技发展、受教育程度都发生了巨大的变化,以目前的实力制造光刻机是完全可以实现的,只是时间的问题,那么我国的光刻机究竟有没有呢?

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1、我们有国产光刻机吗?

答案是有,生产企业是上海微电子。

2、国产光刻机现在能做到什么程度?

我们在上海微电子官网可以看到,2018年3月,上海微电子的90nm光刻机项目通过正式验收。也就是说,我们的国产光刻机目前可以做到90纳米工艺。

3、国产28纳米光刻机是什么情况?

知名媒体DIGITIMES曾报道,上海微电子有望在2021年四季度交付第二代深紫外光(DUV)光刻机,该设备可实现28纳米工艺。

所以,基本上可以做实,上海微电子的确在做可以实现28纳米制程的国产DUV光刻机。只是是否通过验收,到底何时能交付,目前未知。

荷兰有人说图纸给我们也造不出光刻机来,这句话已经被否定了。

我国光刻机在精确度上与ASML的EUV光刻机仍有差距

我国的光刻机即将进入28nm,28nm能够达到什么水平呢?

严格意义来说,28nm真的算不上高水平,它的前面还有14nm、7nm、5nm、3nm。

但是28nm成熟工艺,可以生产日常生活中电子设备芯片,如:汽车、冰箱、空调、电梯等,而且28nm能够生产军用芯片,这些不需要太高的制造工艺,需要的是足够高的稳定性。

28nm芯片,如果用在手机上,那就差强人意了,甚至是无法使用,因为手机空间有限,需要散热、大容量电池等,那就对芯片尺寸有了很高的要求,也就需要更高的工艺水平,例如5nm、3nm制造工艺。

不同工艺生产出不同性能的芯片,我们以麒麟芯片为例来看一看:

麒麟950,16nm工艺制程,30亿个晶体管,4x2.3GHz A72+4x1.8GHz A53的架构;

麒麟990,7nm工艺制程,103亿个晶体管,包括一个3.13GHz A77大核心、三个2.54GHz A77中核心、四个2.04GHz A55小核心。

麒麟9000,5nm工艺制程,153亿个晶体管,包括一个3.13GHz A77大核心、三个2.54GHz A77中核心、四个2.04GHz A55小核心。

可以看出,随着工艺制程不断的升级,芯片的晶体管数量也在快速地增加,性能也不断的变强。

16nm工艺制程的芯片晶体管数量仅为5nm工艺的1/5,那么28nm与5nm的差距只会更大。

我国的光刻机需要多久能够达到世界先进水平呢?

以过去的经验来看,我国制造出世界领先的光刻机至少需要20至30年的时间,加上美国对技术和零部件的封锁,需要花费的时间会更长。

但是现在的时代是在飞速的发展,我们同样也要用发展的眼光去看待一件事,今天的中国无论是经济还是科技都已经上了几个台阶。

1955年,百废待兴,经济和科技十分落后,中国人咬着牙,硬是造出了原子弹,陈毅元帅的话说:“中国人就是没有裤子穿,也要造出原子弹”。1964年10月16日,中国第一颗原子弹在罗布泊爆炸成功,彻底打脸了苏联领导人赫鲁晓夫(赫鲁晓夫曾大言不惭地说中国离开苏联不可能研制成功原子弹)。

然而,更为震惊的是不到3年时间,中国第一颗氢弹空爆试验成功,从第一颗原子弹到第一颗氢弹,白手起家的中国人只用了两年零八个月的时间,再次创造了奇迹。

1970年4月24日21时中国第一颗人造卫星"东方红一号"发射成功,由此开创了中国航天史的新纪元,使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家,又一次创造了奇迹,足见中国人可以创造更多的奇迹。

这就是著名的“两弹一星”工程,也由此产生了“两弹一星”精神,在这种精神下,我们将无往不利,攻坚克难。定能够攻破高端光刻机。

事实上,在该领域我们也在不断地突破:

2018年8月份,清华大学的研究团队研发出了双工作台光刻机,我国成为全球第二个具备开发双工作台光刻机的国家。

无独有偶,2018年11月,中国科学院光电技术研究所承担的“超分辨光刻装备研制”通过验收,该装备采用365nm波长的紫外光单次成像,实现了22纳米的分辨率,结合双重曝光技术后,未来还有可能用于制造10nm级别的芯片。

紧接着,在2019年4月,武汉光电国家技术研究中心甘棕松团队突破了光束衍射极限,采用远场光学的办法,成功刻出9nm线宽的线段,实现了从超分辨成像到超衍射极限光刻制造的重大创新,这个技术让我国打破了三维纳米制造的国外技术垄断。

近几年突飞猛进的科技水平,创造了无数的奇迹,相信在光刻机领域我们同样能够创造出奇迹。

根据研究机构IC Insights发布的《2020-2024年全球晶圆产能》报告,预计到2024年,半导体制程格局将出现10nm以下,10-20nm,20nm以上工艺三分天下的格局,各自市场占有率约为1/3。

28nm以上的成熟工艺在未来四年的市场份额没有明显变化,仍然有很大的市场,在这四年内,我们的光刻机水平也定能够再上一个台阶。

荷兰有人说图纸给我们也造不出光刻机来,这句话已经打脸了,因为我们已经拥有了光刻机,制造商为上海微电子。

而且是纯国产,这一点上比ASML还要牛,因为它生产的光刻机是集合多国精尖技术于一身打造的,如果受到限制,也只能停产。

总之,我国已经拥有光刻机,而且在未来几年还会拥有更为先进的光刻机。