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光刻機到底難在哪?為什麼如此難超越?

之前很多人都艾特我,想讓我講講這個做晶片的光刻機,為啥咱們就很難造出來?為啥這光刻機對咱們如此重要?

光刻機到底難在哪?為什麼如此難超越?

我相信很多人啊,吃這個瓜的時候雲裡霧裡的,為了讓大家吃到精髓,這兩天我翻閱了不少資料,接下來呢,我就給大家講一講,這個光刻機為啥屬於人類科技水平的巔峰。

我相信,大部分人都知道這個晶片生產過程特別難,那難在哪呢?

光刻機到底難在哪?為什麼如此難超越?

晶片生產難度

首先,要做出一個指甲蓋大小的晶片,需要涉及50多個行業的協同。另外,有一工藝是其中最複雜的一個環節,就是在特別薄的這個晶元體上,雕刻線路圖,簡單點說,就是讓你在蚊子腿上畫一百幅清明上河圖,這個難點就在於,你得先找到一根足夠細的筆,才能在這蚊子腿上雕花刻字。那有多細呢?5奈米,什麼概念呢?一根頭髮絲的直徑,是6萬奈米,所以要想在這麼小的空間內完成這個雕刻,只有光刻機才能完成。

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但是放眼全球的話,能生產出光刻機的公司,只有三家。一家來自荷蘭叫做ASML,另外兩家是日本的尼康和佳能,如果看這個市場佔有率的話,荷蘭ASML的市場佔有率高達89%,可以說壟斷了全球的光刻機市場,那麼換句話來說啊,這家公司如果哪天他不賣的光刻機了,那全球晶片產業可能就廢了。

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那為啥ASML這家公司這麼厲害呢,咱們就來扒一扒,這家荷蘭公司的歷史到底是什麼樣的?

ASML的歷史

話說這80年代的時候,那時候大家對這晶片的效能的要求,還沒現在這麼變態,所以呢,那時候根本不需要在蚊子腿上雕花,這麼精細。只要你能做到一微米的光刻水平,就能生產出相應的晶片了。那會兒的光刻機採用的技術叫做:步進式重複光刻技術,這個原理和單反相機成像的原理差不多。

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所以那會兒,世界上生產光刻機的老大哥是佳能,但在這個基礎上,沒過多久,荷蘭的飛利浦就研發迭代出了一個更新的產品,這個技術叫做步進式掃描光刻技術,要比尼康那個步進式重複光刻技術精度更高,可是飛利浦不確定這個技術到底有沒有商業價值。

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雖然這個技術比尼康強,但是有多少人願意為此買單呢?不確定,因此飛利浦為了分擔風險就要拉幾個朋友一起玩。結果他找了像那個IBM這樣大公司,紛紛被拒,這時候呢,就有一家小公司一小老闆,過來毛遂自薦了,強烈的表達了,想抱大家一起玩的意願,這個老闆叫做這個德爾帕多,他和這個飛利浦,各出了210萬,成立一家新公司,並且取名ASML。

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而這個ASML,剛剛成立初期,可以說是卑微到了塵埃裡了,在一張照片中,有一堆垃圾桶後邊,那一排簡易的民房,就是當時僅有30多人的小公司ASML的辦公場地,那背後的豪華寫字樓,就是飛利浦大廈,在這樣的環境下,這ASML成立了第1年就生產出了這個步進式掃描光刻機機。

但是,這技術迭代實在是太快了,進入到21世紀之後,隨著人們對晶片的效能要求越來越高,原本那個步進式掃描光刻機,已經沒法滿足現在生產出更好晶片的要求了,這時候,技術之路上就出現一個岔口,兩種光刻機的升級迭代方案都出現了。

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光刻機技術的發展

一種叫做乾式光刻機,一種叫做沉浸式光刻機,這兩者的區別是啥?為了方便你理解,你可以把這個乾式光刻機,想成這個步進式掃描光刻機的2。0升級版,主要的技術是基於上一代產品的迭代。而這個沉浸式光刻機,它採用的是一個全新的技術。

所以呢作為商人來說,說大部分人其實更願意選擇前者,因為選擇沉浸式光刻機,就相當於自廢武功,把之前幾十年的積累,全部放棄了,一夜回到解放前。所以當時,這個尼康和佳能在既得利益的基礎上都選擇了前者,畢竟這樣的選擇可以滿足當時的市場需求,且成本更低。

但是作為當年市場份額不到10%的小公司ASML來說,如果和尼康選擇同樣的路,這肯定還是一個追隨者,只有推翻了之前全部的積累,賭上全部的身家,研發者新技術,才有可能做到顛覆性創新,從而達到一鳴驚人。

就這樣,ASML選擇和所有人都不同的一條路,從零開始研發,這個沉浸式光刻技術,在這條路上那也是披荊斬棘,遇到的坑不計其數。但是他賭對了,沉浸式光刻技術,可以把這個雕刻精度縮減至132奈米的寬度。但是,當時選擇這個乾式光刻技術的尼康,只能做到157奈米。可以說ASML在技術上已經完勝了尼康,從後來市場佔有率上也能看到,2000年的時候,ASML的市場佔有率也不到10%,但是到了2007年,ASML已經超越了尼康,達到了60%。

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euv光刻技術

但更恐怖的還在後面。在沉浸式光刻技術基礎上,ASML研發上不斷燒錢,出了一個更新的技術,叫做euv光刻技術,這個技術直接把光刻精度突破了10奈米的節點,目前掌握這個技術的公司,全球僅ASML一家。

那有人就問了,為啥這ASML就不把這光刻機賣給咱們呢?這事啊,就得從1997年說了。遙想當年,這euv技術最開始提出來的並不是ASML,而是美國的inter,但是研究這個技術不光需要大量的資金還需要彙集全球的精英才能推進。所以當時inter說服美國政府建立的euv研究組織,專門網羅全球人才來研究這個euv技術。可以說是舉全國之力來攻克這技術難關。但畢竟光刻機這個領域,還有倆大哥在那杵著呢,一個是尼康,一個是ASML,都有豐富的經驗。

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於是美國就要拉一個入夥,經驗共享,於是就選擇了ASML,當然了,這ASML為了能加入這個組織,也向美國做了很多承諾,今後在美國投資建廠,建立研發中心,同時,以後55%的原材料都要從美國採購。就這樣,ASML終於加入了這個euv的組織。

這個組織從1997年到2003年,6年時間,玩命的燒錢研發,最後啥結果都沒有,因此03年就地結算了,各個成員,各回各家各找各媽,但是這6年你說沒意義嗎?有意義。因為他透過研究證明了euv這個技術還是可行的,所以大家在各回各家之後,拼命的這麼燒錢,但是ASML抓住機會了。

光刻機到底難在哪?為什麼如此難超越?

2010年,第1個研發出來世界上首臺euv光刻機,但是呢,因為開發這個euv技術,當年和美國簽訂了很多保護條款。因此,2018年咱們中國的中芯國際斥資1。2億美元,採購一臺ASML的euv光刻機,結果,因為種種原因,到現在還還沒到貨。

光刻機到底難在哪?為什麼如此難超越?

中國的光刻機技術

反觀咱們祖國,1997年咱們生產出第1臺國產的光刻機,加工的精度,是75毫米,今天咱們生產出最先進的光刻機,已經能達到22奈米了,但是距離ASML的5奈米,確實還有不小差距,但是我相信,中國一定可以研發出更優質更好的國產晶片,讓咱們一起為祖國的科研人員點贊,讓他們一起為這個祖國的民族科技企業點贊,奧利給,加油!

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