最近这⼀周,有⼀个科技新闻传的很厉害,说清华⼤学弄出了⼀种新的产⽣极深紫外光源的原理,可以突破光刻机的卡脖⼦技术难题,甚⾄还有很多⼈传说我国已经在雄安开始建设光刻⼯⼚了,还有图有真相,说得有⿐⼦有眼。
很多⼈来问我是不是真的,我先说答案:新的光源产⽣原理是真的,但那个早在2010年就提出了,⽬前还处在原理验证阶段,离真正实⽤少说也还有15到20年的时间。⽽这次热炒的清华⼤学的论⽂其实也是2021年初就发表了,不知道为什么两年半后突然被挖坟出来热炒。⾄于雄安建什么光刻⼚云云,那就是以讹传讹,⼦虚乌有了。
今天刚好借着这个话题,来跟⼤家聊聊造⼀个光刻机为什么那么难,中国有没有可能完全独⽴⾃主研发出最先进的光刻机。光刻机就是⽤来⽣产芯⽚的关键设备,我们⽤的每⼀台电脑,每⼀台智能⼿机中的芯⽚就是⽤光刻机⽣产出来的。衡量⼀块芯⽚的⼯艺先进程度,⽤的是xx纳⽶(nm)这样⼀个单位。纳⽶是个⻓度单位,1纳⽶等于10亿分之⼀⽶。
前两周华为不是出了⼀款最新的⼿机Mate 60 pro吗,这⼿机⼀出来,⼤家就惊呼,哇,这款⼿机⽤的芯⽚是7nm制程的,不得了。这⾥解释⼀下7nm制程是什么意思,简单来说,芯⽚上的电⼦元件,也就是晶体管,是被刻出来的,就好像我们在橡⽪图章上科字。在同样的⾯积上,能刻出来的晶体管越多,芯⽚也就越先进。在芯⽚领域,就是⽤多少多少nm(纳⽶)来表示芯⽚的先进程度,数字越⼩表示芯⽚越先进。
光刻机每次刻芯⽚的过程就是⼀次曝光,⽤DUV去⽣产7nm制程芯⽚也是⼀样的,⼀次没办法,就多曝光⼏次,每次曝光之后就移动⼀⼩步再曝光。这样就可以刻出更⼩的晶体管。当然了,这样做也不是没有副作⽤的,那就是出错的可能性也更⼤了,⼤规模⽣产的话,会有很多失败的芯⽚浪费掉。⽤专业术语来说,就是芯⽚的良率⽐较低,次品率⽐较⾼。
我们回到正题,制造⼀台光刻机有多难呢?我先定个性,光刻机是⽬前为⽌,⼈类有能⼒制造的最精密和复杂的机器,没有之⼀。⼀台光刻机,有三⼤关键部分组成。第⼀部分是光源、第⼆部分是光学系统、第三部分是蚀刻⼯作台。每⼀部分的技术挑战都堪⽐登⽉。
以上这些,⼤概就是制造⼀台⽬前世界上最先进的光刻机的难度。它的研发历史⼤概是这样,1997年,英特尔公司和美国能源部共同投资⼀家公司,开始研制EUV光刻机。
在6年的时间中,这家公司研发了绝⼤部分的核⼼专利技术。但英特尔和美国能源部都不打算⾃⼰造光刻机,因为他们觉得造光刻机其实不挣钱,还不如把核⼼技术授权给⼀家外国公司,让他们去造光刻机。
后来,荷兰的阿斯⻨公司拿到了这些核⼼技术的授权,然后在三星和台积电等公司的帮助下,终于在2010年⽣产出了第⼀台EUV光刻机的原型机,⼜测试、优化、升级了9年,最终在2019年⽣产出了第⼀台可以正式投⼊商业⽣产的EUV光刻机,总共历时22年。