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光刻機到底是什麽玩意?

(2021-03-21 18:59:36) 下一個

這個問題縈繞多時:整天說中國的芯片被光刻機卡脖子了,這光刻機難道比國人到月球取土還難,比人造衛星,核武器,航母還複雜?

中國不缺錢,動輒投資數百億,況且牽扯到華為的需要,錢袋子理應又大又深。中國也不缺人才,林林總總,是目前的科研產量大國。總之,憑中國的實力,卻對高端光刻機望洋興歎,令人疑惑。

為探究一下深不可測的光刻機,看了些零星科普,也粗讀到了荷蘭人寫的關於當今光刻機巨無霸ASML的一本書 (書名:ASML’s Architects,光刻巨人),了解些ASML如何崛起為光刻機世界的獨家老大而一騎絕塵,有了點實實在在的感覺,原來這斯光刻機確實來頭不小,甚至不是一堆鈔票馬上可得到的技術。

先要提下翻番。原來半導體行業有個摩爾定律,此摩爾非高中化學的摩爾, 而是英特爾創始人戈登 摩爾(Gordon Moore)的行業經驗談,他60年代預測半導體芯片上的晶體管數量每兩年要翻番,否則研發者會被競爭淘汰出局,他的說法被業界奉為摩爾定律,芯片的發展大致按這個套路前行。

要在一個固定麵積的芯片上翻番晶體管數量,就必須縮小其單個晶體管體積,也就是常說的芯片納米級數,ASML的光刻機可以做到了5納米,這是什麽概念呢?換算是這樣的,1厘米等於1千毫米,1毫米又等於1千微米,1微米再等於1千納米。人頭發的粗細大致是0.05毫米左右,5納米相當於頭發直徑的萬分之一大小。

要造如此微小的元件,肉眼肯定無濟於事,低倍顯微鏡也遠遠不夠用了,這就要顯示光刻機的威力了,依此技術,一塊芯片上可以安置幾十億個晶體元件,實在難以想象。難怪一台光刻機價值一兩億美金,而且一台難求。

據說國內光刻機的精度達到28納米,而受美國的出口限製,荷蘭ASML光刻機不準出售到中國,就連芯片代加工商台灣台積電也禁止為華為等中國企業加工高端芯片,因為SAML也好,台積電也罷,都受美國技術控製,這就是中國被卡脖子的原因。

簡單理解,光刻機就像一架超高精度的照相機,把設計好的電路圖投影到小小的矽片上,由超過精密的操作儀器有序加工。像攝影一樣,有關鍵的三要素,即高質鏡頭,良好光源,穩固機身。荷蘭EUV (極紫外光extreme ultra violet)光刻機是當今最高端產品,把這三者應用到了極致。

鏡片來自德國蔡司,全球顯微鏡製造巨人,是德國工匠中的工匠,磨鏡工被譽為“金手指”, 細工出慢活,一年為光刻機磨成的鏡片很有限。光源的應用也匪夷所思,極紫外光是由英特爾牽頭組建包括幾個美國國家實驗室的一個龐大組織,花費數百億美元的重大研究成果。精密儀器的基座要超穩定,在真空操作,否則會失之納厘 差之千裏了,而電子巨頭飛利浦公司和德國頂尖廠商在此領域鼎立相助,所以,荷蘭的光刻機是世界多項頂尖技術的集大成者。

                   (圖片來自網絡)

如此高端的儀器為何落入名不見經傳的荷蘭公司ASML?其實ASML出身不凡,前身是大名鼎鼎飛利浦公司的一個實驗室,但因燒錢太多而由看不到前景被飛利浦掃地出門。ASML在風雨飄搖中苦苦支撐,多虧領導層高瞻遠矚堅韌不拔,充分發揮荷蘭人“海上馬車夫”高超的資金運作能力,求爺爺告奶奶總算在高額投資中沒有斷炊,熬到了柳暗花明又一村。

80年代日本尼康光刻機發展如日中天,把美國幾個競爭對手打得落花流水逼出江湖,占據全球市場半壁江山。那時,位於荷蘭一個不足30萬人小城的ASML有雄心但仍缺實力,汗衫上印著“我們將打敗日本人”的員工揮灑汗水,堅信梅花香自苦寒來,最後必勝的信念真的夢想成真,如今尼康隻能在低端產品有一席之地,而高端光刻機則被ASML甩出幾道街了。

不看不知道,一看嚇一跳,原來光刻機包涵了眾多領域的尖端技術,實實在在的超高端產品,非一朝一日之功。芯片是當今世界的核心產品,競爭會愈加激烈,研發投入會是天文數字,中國在被卡脖子之下正奮力追趕,將來誰主沉浮,拭目以待。

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