剛剛!中國晶片彎道超車取得重大突破,國外封殺終成歷史!

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國家重大科研裝備研製項目「超分辨光刻裝備研製」通過驗收。

這是我國成功研製出的世界首台分辨力最高紫外超分辨光刻裝備。

該光刻機由中國科學院光電技術研究所研製,光刻分辨力達到22納米,結合多重曝光技術後,可用於製造10納米以下級別的晶片。

這是世界上首台用紫外光源實現了22納米解析度的光刻機。

據介紹,中科院光電所超分辨光刻裝備項目組經過近7年艱苦攻關,突破了多項關鍵技術,完成國際上首台分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備研製,其採用365納米波長光源,單次曝光最高線寬分辨力達到22納米,結合多重曝光技術後,可用於製造10納米級別的晶片!

中科院理化技術研究所許祖彥院士等驗收組專家一致表示,該光刻機在365納米光源波長下,單次曝光最高線寬分辨力達到22納米。

項目在原理上突破分辨力衍射極限,建立了一條高分辨、大面積的納米光刻裝備研發新路線,繞過了國外相關智慧財產權壁壘。

據了解,該光刻機製造的相關器件已在中國航天科技集團公司第八研究院、電子科技大學太赫茲科學技術研究中心、四川大學華西醫院、中科院微系統所信息功能材料國家重點實驗室等多家科研院所和高校的重大研究任務中取得應用。



光刻機為什麼這麼重要

毫無疑問,這是世界級的技術突破,因為隨著製作工藝的越來越精良,著某種意義上,晶片良品率取決定晶片占有率。

而晶片良品率取決於晶圓廠整體水平,但加工精度完全取決於核心設備,即「光刻機」。

之前,我國在這一領域相對落後。

它採用類似照片沖印的技術,把一張巨大的電路設計圖縮印到小小的晶片上,光刻精度越高,晶片體積可以越小,性能也可以越高。

但由於光波的衍射效應,光刻精度終將面臨極限。

光刻機生產商中,荷蘭阿斯麥公司(ASML)工藝最強大,但是產量不高高,無論是台積電、三星,還是英特爾,誰先買到阿斯麥的光刻機,誰就能率先具備7nm工藝。

阿斯麥是唯一的高端光刻機生產商,每台售價至少1億美金,2017年只生產了12台,2018年預計能產24台,這些都已經被台積電三星英特爾搶完了,2019年預測有40台,其中一台是給咱們的中芯國際。

之所以,光刻機不能進口,是因為英特爾有阿斯麥15%的股份,台積電有5%,三星有3%,有些時候吧,錢不是萬能的。

第二,美帝整了個《瓦森納協定》,敏感技術不能賣,中國、朝鮮、伊朗、利比亞均是被限制國家。

在全球經濟一體化的背景下,在中國加入世貿組織,努力實現和平外交的前提下,光刻機這個設備對中國是禁運的。

禁運這件事要追溯到二戰結束後,邱吉爾發表了著名的演講,聲稱「一副鐵幕正在緩緩落下,把歐洲重新籠罩在陰影下。

邱吉爾口中的鐵幕,就是以蘇聯為代表的社會主義陣營,在戰敗的軸心國底盤上和資本主義陣營搶奪政權的事情。

為了抑制蘇聯,17個資本主義國家在1949年成立了一個組織,對社會主義國家進行經濟制裁,後來就衍生出了《瓦森納協議》,限制成員國向社會主義國家出口戰略物資和高級技術。

中國在1952年被列入管制範疇,但憑藉中國科學家鍥而不捨的精神,憑藉改革開放後吸引外資建廠、國家扶持、人才培養等舉措,中國在各個領域都取得了非凡的成果,甚至在原子能、航天航空等高科技領域保持世界領先。

但在晶片領域,中國的發展比較緩慢,《瓦森納協定》限制了中國晶片的生產。

而西方國家也不允許中國收購晶片廠商進行技術升級。

說白了,這是一件關乎到國家意識形態,關乎到世界政治局勢的事件,也是少數不能用錢來解決的事情。

在這種情況下,中國想要實現突破,最好的方法就是自己研發。



中國高端晶片長期依賴進口,晶片製造究竟有多難?

中國集成電路行業總體呈現高速增長狀態。

2004年至2017年,年均增長率接近20%。

2010至2017年間,年均複合增長率達20.82%,同期全球僅為3%-5%。

但是,我們不得不接受一個殘酷的現實:世界最頂尖的三星、台積電等廠商已能量產7納米晶片,正在研究3納米技術。

中國的晶片產業落後世界最尖端二三代,時間上相差3~5年。

在中國,最具實力的是上海微電子,但它的光刻機僅能生產90nm的晶片,這次經過7年的艱苦研發,中科院光電所終於拿出了能生產22nm的光刻機,它使用了365納米光源波長,而目前國外廣泛使用的光刻機的光源是193納米的短波。

通過這種方法,國產的新光刻機還成功繞過了國外相關智慧財產權壁壘,節省了一大筆專利費用。

另外,波長越短,成本也就越高。

使用短波,可以在很大程度上節省成本,更有利於進行商業化生產,在和國外晶片產品的競爭中保持自己的優勢。

新研製的這台光刻機,可用於製造10納米以下的晶片,如果能夠投入商用,實現量產,這就讓我們追上了國際頂尖,與它們保持了一致水平。

從長遠來看,還遠不限於此,這台光刻機最大的亮點不在於它追上了國際水平,能製造10納米以下級別的晶片,而在於它使用的新技術。

我們製造光刻機,一種是像ASML那樣使用傳統技術,再沿著它的老路走一遍;二是另闢蹊徑,實現彎道超車。

光刻機技術,它類似於相片沖印,是將一個巨大的電路設計圖縮印到介質上,然後晶片就這樣出來了,這個過程中,光刻精度越高,性能就越好,體積也將更小。

ASML使用的傳統技術中,有一個天然缺陷,那就是精度受雷射「衍射極限」的限制,最終的解析度取決於波長、數值孔徑等因素。

為了提高精度,ASML採用的辦法就是使用更短的波長(近紫外-深紫外-極紫外)、增大數值孔徑(更複雜的物鏡、液體浸沒),但這樣的辦法,越前進,變得越困難,成本也急劇升高。

我們這台光刻機則採用了完全不同的方法,那就是使用「表面等離子體」光刻技術。

其原理是:在一定條件下,物體表面會產生一種特殊電磁波,這種電磁波便是「表面等離子體」。

這種特殊電波雖然由其它電波所激發,但其波長會被大大壓縮,而且壓縮比例取決於材料的電磁性質等參數。

這就從根本上突破了光的「衍射極限」,意味著未來我們的在光刻機、晶片生產上不僅僅是追上國際頂尖,還有可能處於領先水平。

這其實已經不是簡單的彎道超車,說它是重要技術突破,也沒有絲毫誇張。

我們這項技術與傳統技術相比,又有點類似於「原始火車」與馬車。

當年,第一台火車是根本跑不過馬車的,而且馬車只要有馬路隨便可以跑,沒馬路了還可以騎馬,火車不但速度跟不上它,而且還要先鋪鐵軌修鐵路,超級麻煩。

但現在,飛馳的高鐵,相信已經沒有人再質疑火車的速度與能力了。

當然和ASML等頂尖製造商相比,我們還存在巨大的技術鴻溝,想要縮小差距,還是得慢慢積累,絕不是一蹴而就的事情。

但我們看到了中國政府在整個領域的決心,看到了中國科學家如何在有限的條件下做技術突破,也看到了以華為等公司在底層晶片技術上做出的努力。

晶片帶動了整個PC和智慧型手機的時代,它依然是驅動當下科技變革的動力,在未來,物聯網、企業服務、以及各種智能硬體的發展依然離不開晶片。

中國集成電路產品連續多年每年進口額超過2000億美元,早在2013年就超過石油成為最大宗進口產品。

對快速膨脹的中國晶片市場來說,「你可長點芯吧」並不是一句玩笑話。


或許,這次中科院在晶片領域的重大突破,標誌著中國的晶片反擊戰已正式打響。


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