工业之花的光刻机
作为现代工业的基础,集成电路的命脉在于光刻机,其所展现的技术水平直接决定了集成电路的集成度。因此,不少人声称,如果要讨论当下人类科技水平究竟达到了怎样的高峰,只需要看航空发动机和光刻机。这也意味着,想要造出一台处在高端水平的光刻机,其难度远高于造出一颗原子弹。
光刻机,又名曝光机,通俗点来说,就是提供曝光成像的设备。只不过,它面对的是微米或是纳米这类高端制造技术。在实际的操作过程中,人们需要利用光刻机对准掩蔽模版上的芯片器件并进行相应的曝光,随之将器件上的版图转移到基片上。
造出世界上第一台光刻机的公司是主营半导体业务的公司——David Mann。可惜的是,这台机器并未达到标准自动化的要求,全程都需要人工操作对准位置,其精确度令人非常堪忧,没过多久就被市场淘汰。
而把这位“前浪”拍死在沙滩上的,正是荷兰ASML和日本尼康、佳能。高端市场由ASML把控,中低端市场的主导者是尼康、佳能。我国耗费几十年的时间在这一领域奋起直追,目前也仅有上海微电子这一家可以勉强进军低端光刻机市场。
荷兰ASML之所以能把控高端光刻机市场,靠的不是什么秘密技术,而是因为集合了西方国家最为顶尖的科技。比如说蔡司镜头技术来自德国,控制软件和光源是美国提供的,复合材料由日本提供。以当下最新的EUV光刻机为例,这台光刻机采用的是波长为13.5nm的激光光源作为光刻曝光光源,在理论上逼近了物理学、材料学以及精密制造的极限。但背靠全球科技的荷兰ASML仍然声称自己要将光刻机的最小工艺节点推进至7nm。
的确,花费了近十年的时间,集大成的荷兰ASML最终造出了一台可以用于7nm工艺的EVU光刻机。根据官方信息显示,这台光刻机共有十万个零件,其中将近90%的关键零件都来自世界各国,全球范围内大概有五千个供应商为其提供零件、材料的支撑。而荷兰ASML要做的,就是设计好整机模型,以及整合好各个模块。
除此之外,中高端光刻机对光源的要求也非常严格。一般来说,要想在一个指甲盖大小的集成电路板上植入几十亿个晶体管,必须尽可能地选择波长小的光源。道理很简单,波长越小的光源,其发出的光束越细。目前光刻技术的主流光源是以波长193nm为代表的深紫外光。像EUV光刻机主要采用的是波长为10~14nm的极紫外光。不同的光源直接影响光刻机的分辨率,由此降低或是提高光刻机的分辨能力。
应当说明的是,由于激光这一新光源的出现,使得人们开始跳出常规光源的约束,迈向了更为精密的激光光刻时代。因此,继续纵向深耕激光领域或许不失为冲破光刻机技术垄断的一个突破点。
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