百度粉丝网

能研发出属于自己的芯片的华为为何不能在光刻机上实现自产自销

数码新看点

目前,国内智能手机市场上有主流两个品牌——苹果和华为,他们之所以能够成为称霸智能手机市场的存在,主要是由于其手机内部搭载了高性能的芯片。而这样的芯片,并不是任意一个机器,都能够生产出来的。苹果的A14芯片和华为的麒麟990 5G芯片采用的都是7nm工艺,而这一工艺对于机器的要求非常高,目前能够制造出这样芯片的机器只有光刻机。光刻机是目前世界上唯一一个能够做到在指甲盖大小的芯片上有序排列千万根电线的机器,可以说光刻机的上限决定了手机芯片的上限。

光科技对技术扽要求几乎苛刻

目前全球范围内能够制造出光刻机的厂家只有ASML、尼康和佳能,而最顶级的光刻机则只有ASML一家掌握。美国政府想尽办法打压华为在海外市场上的发展,其中一条就是要求荷兰的光刻机厂家禁止向中国出口光刻机,而这一措施也直接导致华为的芯片无法顺利进行量产。也许有人会有这样的疑问,既然光刻机对于华为来说如此重要,在之前美国对华为多番禁令下,华为都能研发出了属于自己的技术,那么在光刻机上华为为何不能实现自产自销呢?

华为无法实现光刻机自由的主要原因是,由于制造光刻机的技术要求实在是太高。光刻机的制造者曾经放言,就算把光刻机的制造蓝图公布于世,世界上也没有任何一个厂家能够制造出光刻机。光刻机对于euv光线的能量要求非常高,空气会干扰evu的光线,整个生产过程需要在真空环境内才能进行,同时对于整个光刻机的制造中,能够容纳的误差仅在兆分之一秒,包括制造所需要的零件和材料都在挑战着制造工艺的极限。

其中最关键的零件是德国蔡司生产的反射镜,生产反射镜过程中能够容纳的瑕疵范围仅仅在纳米的1/1000。正是由于光刻机的技术要求太过于严苛,所以佳能和尼康已经放弃了对于光科技的研发,而只有拥有过硬技术的ASML企业,依然坚持在研发光刻机的路上。中国目前也能制造出光刻机,但是就光刻机的精确度而言远远低于国际市场上的光刻机,中国目前的光刻机只能够加工出9000纳米单位的清晰度,而国际市场上的最先进光刻机精确度已经达到5纳米工艺。

光刻机和照相机的原理差不多,都是在涂满光敏胶的硅片上进行工作,按照电路图上的图案将投影刻在底片,同时通过相应的技术,将底片上的一部分光敏胶清理掉,露出底部的硅片,而制造芯片的过程就是不断的重复这一操作。光刻机中所使用的镜头有20多块镜片组成,组成镜片的材料要求必须是高纯度的透光材料以及高质量的抛光,这样一块镜片在市场上的售价就要达到数万美元一块。目前市场上能够达到这样镜片要求的,也只有蔡司技术。而顶尖光刻机中所配备的其他零件,要求体积不仅要小,同时功率还要高,并且能够保持稳定,这就对光刻机的内部光学系统的要求极为苛刻。

在保证了拥有顶级的镜头和光源以后,光刻机对于机械的精度要求也是非常高的。光刻机里搭载了两个同步运动的工作头,一个搭载底片,另一个搭载胶片,在工作时要求两个工作台同步进行,误差仅能在两纳米之下,一旦超过这个误差,将直接导致芯片制作失败。最为生动的例子就是要求两架飞机从起飞到降落都要保持一致的同时,从一架飞机上伸出一把刀,在另一架飞机上米粒大小的地方刻字,同时还要保证雕刻的完整性。光刻机中的13个系统,3万个零件,200个传感器,每一个环节都要求精准无误,对于温度、湿度和压力的要求也非常严格,任何一个环节的失控,都会直接导致整个生产工艺的失败。

全球顶级制造工艺汇聚在光刻机上

光刻机的成功制造并不是任何一个厂商单独的功劳,即便是拥有高端光刻机技术的ASML公司,也需要将制造光刻机的技术进行高度外包,由全球数10个国家的顶尖技术相互合作。目前啊荷兰ASML最先进的光刻机,就是汇聚了来自日本、美国、德国最顶尖的制造技术,光刻机中的光源来源于美国公司cy mer,镜头则来自德国的蔡司。

光刻机的每一个零件都需要上千次次甚至上万次的打磨,每一次的安装和调试都不能有任何出错,只有将全球最顶尖的技术汇集起来。才能够共同打造世界最顶尖的光刻机。中国在2002年时成功制造出了smee,填补了中国在光刻机上的空缺,而总工程师贺荣明去德国考察时,德国的相关人员告诉他,就算给了中国的图纸,中国也无法按照图纸将科技复刻出。当时的贺荣明并不理解这句话,但现在他深觉此话不假。

这句话的含义并非意指图纸不重要,而是说在图纸中的每一个零件都需要超乎异常的技术才能够生产出来,而且每一个零件的组装和调试都要做到毫无误差,即便是一根光纤、一个代码,如果出现一点小小的纰漏,就会引起巨大的协调问题,致使光刻机制造失败。中国的smee每年在专利上新增将近100多个,但是和国际的顶端科技相比仍然有着巨大的差距。

结语

如今的半导体行业已经掌握了5纳米和7纳米制造工艺,正在挑战3纳米制造工艺。3纳米制造工艺目前处于实验室阶段,3纳米制造工艺可以说是全球半导体工艺的极限范围,这不仅对于中国,更是对全球半导体工业技术的挑战,如果这一难题被攻克,那么半导体产业将实现质的飞跃。