光刻機的工作原理就是通過雷射光源以及一大堆棱鏡, 反光鏡的折射, 反射,將雷射發出的光,聚焦調整到光刻所需要的精度, 強度,然後在光罩和光刻膠的輔助下,將相關設計圖刻蝕在晶片上。當然這只是一個特別籠統的說法,真正的光刻程序比這個還要復雜得多,但大體上可以分成強光源, 研磨非常精細的棱鏡, 聚焦器及控制台 這樣幾個環節。
光刻機的曝光分辨率與波長直接相關,半個多世紀以來,光刻機光源的波長不斷縮小,晶片工業界公認的新一代主流光刻技術是采用波長為13.5納米光源的EUV(極紫外光源)光刻。
大功率的EUV光源是EUV光刻機的核心基礎。簡而言之,光刻機需要的EUV光,要求是波長短,功率大。EUV光刻機工作相當於用波長只有頭髮直徑一萬分之一的極紫外光,在晶圓上“雕刻”電路,最後讓指甲蓋大小的芯片包含上百億個晶體管,這種設備工藝展現了人類科技發展的頂級水平。
而昂貴的EUV光刻機也正是實現7nm的關鍵設備,目前,荷蘭ASML是全球唯一一家能夠量產EUV光刻機的廠商,而由於禁令,中芯國際訂購的唯一一台EUV仍未到貨。 某種意義上,中國以及其他半導體業者無法突破阿斯麥這種世界頂級光刻機難點,就在於沒辦法在一個短小的空間內保證激光投射的精度和強度。
而且阿斯麥為EUV光刻機注冊了很多專利,甚至壟斷了世界上高精鏡面的貨源。這也是為什麼阿斯麥的CEO狂妄地稱:“即使把圖紙給了中國人,他們都造不出我們一樣的光刻機。”
清華大學方案的核心是單獨建一個環路光源產生器,然後其他的光刻芯片的技術可以集成在一個大型工具室內,由光源發生器向這個工具室提供需要的精度的光源,進而達到大規模生產芯片的目的。
而這個光源產生器,是在穩態微聚束技術 (SSMB) 基礎上搞出來的。由於穩態微聚束的工作原理,是利用一定波長的雷射操控位於儲存環MLS內的電子束,使電子束繞環一整圈後形成精細的微結構,也即微聚束。然後,微聚束在雷射波長及其高次諧波上輻射出高強度的窄帶寬相干光。
用通俗的話講,讓雷射操控電子束在一個環路內跑圈,電子束跑在不同的部位有不同的速度,同樣會影響雷射出現不同的光譜和光波長度。我們只要測量在每一個點上雷射光譜的長度就可以找到我們需要生產晶片時所需的雷射納米波長,
這樣做的好處, 第一逃過了美國, 德國的專利, 不用發展高強度的雷射以及高精度的研磨棱鏡. 第二是可以提供一奈米甚至X-Ray這種級別的的光源. 也就是說建一個廠可以用十年. 壞處這是初期投入大, 要建一個電廠, 以及很大的場地. 還有一點就是這個打破了歐美的技術 將半導體製造的工藝帶到了一個新的境界. 設想開始運作的時候一個加速環圍繞的上百台光刻機, 對於晶片的製程及出場的時間都是很大的改進.而且還可能是2納米1納米的技術. 換句話說前途不可限量.
走中國道路,讓別人無路可走
其實光刻機就是前幾年公知吹的筆尖鋼珠,中國一做,別人都玩完
中國在光刻機上的破局,只是時間問題。說實話,技術這東西,哪有那高不可攀,大家都共用一套物理定律,只要人夠了錢夠了,哪有中國做不了的。 中國不缺錢也不缺人,每年一千萬大學畢業生呢。
中國發展光刻機最大的障礙,其實是這東西沒有很大的市場。 荷蘭一家公司生產的光刻機,足夠全世界使用了。而且光刻機一台幾億元而已,不到十萬部華為手機的價錢。
這個行業的全球總產值,只有幾百億,是一個特小的市場。一旦產能過剩,利潤會極其微薄。中國辛辛苦苦重新研發光刻機,費錢費力不說,在阿斯麥先發優勢面前,也很難有市場。就算搶來部分市場,也沒多少利潤。除非有特殊原因,企業不會輕易更換已經有了豐富使用經驗的設備,光刻機更是如此。
如果不是制裁,中國根本沒必要去搞光刻機這種市場規模本就很小的東西,那根本就不劃算。也根本沒機會去搞這東西,造出來也很難有市場。就和中國之前沒必要去生產圓珠筆芯的鋼材一樣,市場太小了,不值得費力氣。
但是,當筆芯鋼和國家榮譽掛上鉤,成了政治任務,那就不同了,中國分分鐘搞出來,順便弄死了國外原本靠這吃飯的小企業。