7nm光刻机到底有多厉害(这个世界上并不存在5nm光刻机)
7nm光刻机到底有多厉害(这个世界上并不存在5nm光刻机)很多朋友又会说了,为什么国外可以造出如此顶级的光刻机,中国不可以。ASML能够造出EUV极紫外光刻机,还要多亏了美国。目前全球最顶级的就是EUV极紫外光刻机,它是是用波长为 13.5 nm 的极紫外辐射作为曝光光源的光刻技术。一台 EUV 光刻机重达 180 吨,超过 10 万个零件,需要 40 个集装箱运输。这也是为什么其技术难度高的原因,一个看似简单的原理,在超高精度的制约下需要结合光学 材料 控制 电子 机械化学等最顶尖的技术,才能最终完成这以类人历史上几乎最精密的机械。光刻机的零件90%使用了世界最先进的加工技术,甚至一些接口都要工程师用高精度机械进行打磨,尺寸调整次数更可能高达百万次以上。如此困难的技术要求,造成了光刻机极低的产量,光刻机技术基本十年才会大更新一次。光刻机以光源的改变,共经历了5代的发展,以第四代浸没式光刻机来说,可以造28nm芯片,也可以造7nm芯片,说它是28
有许多朋友问我,国产5nm光刻机什么时候可以造出来,但是我要告诉大家,什么7nm光刻机、5nm光刻机,其实这样的说法是不准确的,在这个世界上,其实并不存在什么5nm光刻机。
什么是光刻机,利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光,光刻胶见光后会发生性质变化,从而使光罩上的图形复印到薄片上,从而使薄片具有电子线路图的作用。正如照相机拍摄照片是将影像印在底片上,而光刻机是将电路图和其他电子元件印在薄片上。
光刻机为什么重要,就是因为只有通过光刻机,把电路图和其他电子元印在硅片上,才有制造出芯片的可能
光刻机需要在一块指甲盖大小的硅晶片内,映射出几十亿甚至上百亿个微小的单元,目前最先进的光刻机能够加工的最细线条已经达到13nm。我们人类的头发丝直径在50μm—70μm左右,而利用光刻手段能刻画出头发丝直径1/5000的线条。古代人类通过手工方式在核桃上雕刻出一叶扁舟已属精妙绝伦,而利用信息时代的制造工具光刻机,我们能够在一根头发丝上刻画出一座足球场。
这也是为什么其技术难度高的原因,一个看似简单的原理,在超高精度的制约下需要结合光学 材料 控制 电子 机械化学等最顶尖的技术,才能最终完成这以类人历史上几乎最精密的机械。光刻机的零件90%使用了世界最先进的加工技术,甚至一些接口都要工程师用高精度机械进行打磨,尺寸调整次数更可能高达百万次以上。如此困难的技术要求,造成了光刻机极低的产量,光刻机技术基本十年才会大更新一次。
为什么说不存在5nm的光刻机光刻机以光源的改变,共经历了5代的发展,以第四代浸没式光刻机来说,可以造28nm芯片,也可以造7nm芯片,说它是28nm光刻机也没毛病,说7nm光刻机也没错。关键看晶圆代工厂掌握了什么样的制程工艺。
换句话来说,晶圆代工厂即使拥有最先进的设备,如果没有掌握相关的制程工艺,也是白费。就好像一套厨具,不同厨师使用效果是不一样的。
目前全球最顶级的就是EUV极紫外光刻机,它是是用波长为 13.5 nm 的极紫外辐射作为曝光光源的光刻技术。一台 EUV 光刻机重达 180 吨,超过 10 万个零件,需要 40 个集装箱运输。
中国为什么还造不出最顶级的EUV光刻机很多朋友又会说了,为什么国外可以造出如此顶级的光刻机,中国不可以。ASML能够造出EUV极紫外光刻机,还要多亏了美国。
美国联合欧洲,出动了国家三大实验室,联合美欧160多家科研单位耗费了十几年才攻克了EUV的理论难题。
而ASML在制造的时候,可以获取到全球最顶级的零件,光源采用美国的Cymer,透镜是德国的蔡司,2010年,ASML向台积电交付首台EUV研发设备TWINSCAN NXE:3100系统。
而中国不可能得到欧美的帮助,也不可能获取到全球最顶级的设备零件,事实上和光刻机有关的零件,美国全部向中国断供。
那中国真的就造不出来EUV光刻机吗?并不是,只不过速度要更慢,因为中国要造EUV光刻机,就连一颗螺丝钉都要自己造。
中国的目标,是要在2030年造出EUV极紫外光刻机,大家可能觉得,ASML2010年就已经开始量产光刻机,这会不会太晚了,事实上,这并不算太晚,我们通过不断地缩小所采用的光源的波长(EUV光源13.5nm),增强投影物镜的最小线条成像能力(提高数值孔径1.3)等方式,不断缩小能够加工的最小线宽。然而,这些方式使得我们光刻机的制造难度以及制造成本急剧增加,并且已逐步逼近物理极限。
所以ASML想要研发出下一代的光刻机,2030年前还是很难完成的。
事实上,现在全球市场上,第四代浸没式光刻机仍然是当前半导体制造的主力设备。无论是28/45/65/90nm和0.18um这些节点均对第四代浸没式光刻机有着应用需求。终端市场推动了成熟制程的产品越来越多,比如汽车、IoT、传感器、功率、MCU等,成熟制程市场空间不断增长。
不过有一个坏消息就是, 美国正在向ASML施压,希望他们禁止销售最先进的第四代浸没式光刻机给中国,而这相比于EUV极紫外光刻机,所造成的影响将更为严重。
所以如果中国应该抓紧时间研制出第四代浸没式光刻机,并且能够掌握全国产7nm生产线,这样才不会受制于人。