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光刻机是芯片国产化迈不过的坎?

芯片国产化

我相信,只要大家看到“国产芯片突围倒计时”这几个字,便已经热血澎湃。的确,自芯片断供以后,国内就加大了芯片制造业的有关研究,核心的中国企业和中科院等国内顶级科研机构,都进一步增加了芯片的研发力度,而制造芯片的核心设备光刻机,也同样被归为重点科研内容。

终于,在大家的共同努力下,我们的国产芯片目前已经在好些环节取得了惊人突破,这意味着距离芯片生产的国产化进程又更近了一步。具体来说:中国电科旗下的装备子集团具备了离子注入机解决方案,可实现全谱系离子注入机的国产化,共计新增的发明专利多达413种,工艺段的覆盖范围也达到了28nm,而主要产品则包括了特种应用、高能、大束流、中束流和第三代半导体等离子注入机这些部分。

当然,芯片国产化更近了,还包括了中芯国际正在冲击7纳米芯片,以及清华大学教授唐传祥研究小组的新研究成果,这能让更大功率的EUV光源得到应用。与此同时,中科院也在近日在5nm光刻机的制造工艺上取得突破,在这个过程中,研究人员采取了新的技术路线,这是一种新型的5nm高精度激光光刻技术。

中国从什么时候开始发展芯片的?

不知道有多少人了解过黄昆先生(下图左一位置),他是中国科学院院士,也是我国半导体技术的奠基人和国家最高科学技术奖的获得者。中国的第一个半导体物理专业,便是由黄昆先生在1956年的时候建立,从1957到1958年的第一批两百多名半导体专业毕业生,都是由他所培养,同时还建立了用来生产和研究半导体器件的车间。

说这些只是想要表达,并不是我国在过去没有发展芯片和光刻机,更不是我们不重视这些,只是当时的国际和国内环境,还有其他更重要的事情需要耗费大量人力物力去做,比如国家安全方面的相关建设。简单来说,芯片固然重要,但它在关乎民族存亡的国家安全问题面前就相对“渺小”了很多。

在过去几十年的芯片和光刻研究历程中,中科院在上个世纪60年代的时候研究出了65接触式光刻机,并于1978年开始研制半自动接近式光刻机。当时间到了1990年,中科院研制成功了直接分步重复投影光刻机样机,1996年0.8-1微米分步重复投影光刻机成功验收。这些过去的研究成果,虽然没有让我们成为芯片强国,但不能因此否定研究人员曾经付出的努力和取得的进步。

为什么最厉害的光刻机厂商在荷兰,却要“受命于”美国?

的确,目前芯片国产化最大的难题,实际上还是卡在了光刻机上,虽然全世界第一块现代化芯片是由美国科学家杰克・基尔比在1958年发明,但这个发明最初并没有让大家觉得竟然可以改变世界,以至于直到2000时,也就是杰克・基尔去世前的第五年才拿到诺贝尔物理学奖,这份特殊的荣耀迟到了42年之久。

当然,一开始的时候,美国的确是走在最前面的,因为那时荷兰的ASML都还没有诞生,光刻机的原理看似简单,就像幻灯机一般,所以当时并没有几个人把光刻机视为高科技产品。等时间来到80年代前后,日本通过美国扶持获得芯片装配产业的迅速发展,并在90年代的时候占据了全世界半导体产业第一的位置,这让他们的出口额在这个时期超过了美国。

在2002年的时候,林本坚拿着所谓的沉浸式光刻方案跑遍当时的几个芯片强国,其中包括日本、美国和德国,但最后都没有成功说服任何一个。就在这个时候,本来还不起眼的ASML抓住机会赌了一把,后来,仅仅是一年多的时间就铲除了首台样机,就这样连续夺得了台积电和IBM这些大客户。

不过,荷兰ASML真正崛起还是离不开美国后来的操作,英特尔在1997年的时候带头弄了个联盟,而美国能源部就是负责牵头的人,由于当时美国本土的光刻机企业被尼康打得不成样子,剩下的两个公司分别来自日本和荷兰,再加上没有足够的信心能够凭一己之力共可能技术难题。

于是,美国让ASML同意了在美国建一个研发中心和工厂,保证美国本土的基本需求,并同意零部件中的55%都必须从美国购买,在此期间还要定期接受美国的审查,这便时美国能不允许荷兰像中国出口光刻机的根本原因。所以,世界上有名的光刻机厂商来自荷兰,但ASML却不具备所有决定权,但所谓的芯片强国日本、韩国和美国,他们都没有荷兰ASML的光刻机技术先进。