比原子弹还稀有,全世界仅有两个国家掌握,光刻机为什么这么难?

浏览:1632   发布时间: 09月20日

自华为手机“出圈”后,西方国家为了防止被超越停止了向华为手机提供芯片的合作的关系。中国并不是不能制造高端芯片,而是缺少制造芯片的光刻机。

芯片

芯片与工业革命产品有着重要关系,没有精度高的芯片在未来科技和智能设备制造的发展道路上就会举步维艰。现在掌握光刻机技术的就只有两个国家,这也足以见得光刻机不是一件容易的事情,有人开玩笑地说,这可比原子弹还要难造。那么光刻机到底是何方神圣呢?还是先随着小编一起来了解一下吧。

光刻机

光刻机,又可以叫做淹没对准曝光机,芯片就是通过光刻机出来的,制造过程十分复杂,一台光刻机设备可以卖上上亿欧元。全世界只有荷兰和日本掌握了最先进的光刻机技术。芯片在在制作过程中需要经过多次技术加工,其中光刻工艺是最关键的一步,它可以确定芯片的大小,成本花费也比较大。

光刻工艺

光刻机的制造过程:先做出芯片掩膜版,再把掩膜版上涂上光刻胶,光刻胶需要涂满整个掩膜版上,再重复进行曝光,通过紫外线光源的照射,在照射下的光刻胶会产生化学反应,再通过显影处理把曝光后的光刻胶去除,在传回设备上最后形成需要图形的芯片。

掩膜版设计

在整个制作中掩膜数量可以衡量芯片制作难度,不同的需求,曝光方式也不一样。光刻就有接触光刻、接近光刻以及投影光刻,光刻胶也分为薄胶和厚胶根据具体需求有着不一样的制作方式。光刻流程决定了晶体管的大小以及性能,不停地曝光就是为了决定尺寸大小。目前最先进的的光刻机叫做EUV光刻机,拥有着最先进的紫外线光源。

光刻胶

光刻机的具体流程从开始的底膜清洗烘干处理、光刻胶的涂抹均匀然后烤胶,光源对准曝光、显影出图像,在刻蚀和去除胶光检测等程序重复复杂,占据整个生产芯片的时间,成本开销上占具体开销的一半。

看似整个制造过程繁琐,但是会比原子弹的制造还要复杂吗?

光刻机为什么稀有?

随着科技的发展,芯片已经在全国使用当中,芯片中的晶体管在手机上更是使用广泛。就拿华为手机来说,现在华为制作的芯片密度可以达到每平方毫米就是上亿的精度指标。精度越高说明光刻机是整个加工过程的重要部分,不管是从光源、精密程度还是运用过程都是世界顶端技术成就。

芯片中的晶体管

目前来说光刻机就是半导体世界顶端,一台EUV光刻机需要花费上亿元的假期,目前来说光刻机龙头老大分别是荷兰的阿斯麦ASML和日本的尼康和佳能。绝大部分的市场由阿斯麦ASML把控。阿斯麦ASML更是垄断了5纳米市场,这个市场已经没有纳康和佳能的位置了。

光刻机

全世界来说制造原子弹的国家不少,但是能制造EUV光刻机的就是有荷兰和日本。一台EUV光刻机就结合了全世界最顶端的技术,并不是一项技术就可以完成的。原子弹制造对于一个国家来说是一个战略性武器,不可或缺,制造原子弹不仅花费不菲还不能拿来获利。而EUV光刻机是制造芯片的一个技术机器,不仅制造出的芯片对于一个国家发展起到至关重要的作用,并且还可以靠它赚钱创造收益。

光刻机对芯片的重要性

芯片在一些产业中能够起到关键性的作用,而且使用范围极其广阔,我们常见的手机、汽车、航天航空等都有芯片的运用,能有精确度高的芯片离开的就是光刻机。光刻机的种类也不少,不同种类的光刻机在制造芯片上也有所不一样。

碳基芯片

从美国制造出第一台光刻机开始,光刻机就成了制造芯片的最重要步骤。现在的芯片基本上还是硅基芯片。从最开始的电子管改成晶体管,晶体管的尺寸也从大尺寸慢慢缩小成了小尺寸,再到后来的纳米,光刻技术在不断发展变化当中。制造工艺经过不断地尝试才有了现在的成就,如果没有光刻机的出现的话,芯片也是没法制造出来的。而且就算可以从其他途径制造出芯片,也不能保持长久的竞争力,很快就会被淘汰掉。

ASML的崛起

光刻机在发展的道路上,一开始是美国走在最前面。光刻机在早期的技术只是一个投影的作用,只要光源通过掩膜照射出来的投影,只需要在投影上涂上光胶就可以了。早期光刻技术并不是高科技,更像是一个投影复印机。

到了后来,日本产业开始进入光刻机市场,本身日本就是在相机方面做的突出所以光刻机对于日本来说一点也不难。这时候,美国为了能在市场上站住脚,开始与企业合作一起推出了投影式光刻系统,走在了市场最前端。

在90年代,全球半导体产业开始崛起,美国也有意向扶持一些企业,日本就抓到这次机会在半导体产业做到了全世界第一。短短几年的时间里面就赶超了美国,持续占领第一的宝座。后来在发展上日本遇到了瓶颈,光刻机的光源长度有限,暂时没能想到其他办法进行改善。这也是日本面临的第一道难关。

光刻

当时还是小公司的ASML决定走不寻常路,与其一直使用传统干式微影,还不如尝试寻找新的出路。ASML开始寻找合作伙伴,双方共同参与开发,并且使用浸润技术看是否能够找到新的出路。当时的美国把EUV技术作为半导体产业核心发展技术,不希望其他国家的参与,但EUV光刻机对光源、透镜技术都要求极高的精准度,制作环境还需要在真空的情况下才可以完成,就算是美国自己也不能完成这一项技术。ASML看准时机,和美国一起合作。但美国要求ASML要在在美国建立研究中心,并且要先满足美国需求,零件采购也只有听从美国。

ASML公司

在之后ASML与众多企业一起合作,开发并拥有了最先进的光刻技术,从此稳坐芯片市场的龙头位置。

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