中科院5nm雷射光刻彎道超車?95後本科生DIY納米級光刻機?千萬別急著為國產光刻機高潮!

2021-02-23 物聯網智庫

資料來源：知乎、大數據文摘、傳感器技術等

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中國苦「芯」久矣！中國慕「光刻機」亦久矣！如果我們真的在核心技術領域取得了重大進展，那確實值得大書特書，大力報導；但如果誇大其實，自我高潮，那只能是誤導群眾，貽笑大方。

面對美帝的接連制裁和打壓，許多科技圈從業者現實中還沒被魚刺卡過喉嚨，卻已在精神上飽嘗如鯁在喉的痛苦。

在眾多「魚刺」中，晶片無疑是扎得最深的那一根，而光刻機則是阻隔這根刺頭被拔出的主要障礙之一。

在媒體的狂轟亂炸之下，即使從事的是和晶片八竿子打不著邊兒的行業，恐怕也會對光刻機略知一二。簡單來說，半導體晶片製造分為 IC 設計、 IC 製造、 IC 封測三大環節， 光刻作為 IC 製造的核心環節，其工作原理可以被理解為「蘿蔔雕花」，只不過是在矽片上雕，主要作用是將掩模版上的晶片電路圖轉移到矽片上。 由於光刻的工藝水平直接決定晶片的製程水平和性能水平，光刻成為 IC 製造中最複雜、最關鍵的工藝步驟， 光刻的核心設備——光刻機更是被譽為半導體工業皇冠上的明珠。

「得不到的永遠在騷動」，因為太過渴望，和光刻機有關的任何風吹草動往往都會成為大新聞。就在前幾天，有2則和光刻相關的消息呈現刷屏之勢：其一是「中科院發布5nm雷射光刻技術」，被部分媒體解讀為「中國芯取得歷史性突破」、「荷蘭ASML將被我們取代（ASML笑笑表示不說話）」；其二是「95後本科生低成本DIY納米級光刻機」，該名學生則被冠以「真正的後浪」、「中國晶片行業未來的希望」等稱號。

誠然，中國苦「芯」久矣！中國慕「光刻機」亦久矣！如果我們真的在核心技術領域取得了重大進展，那確實值得大書特書，大力報導；但如果誇大其實，自我高潮，那只能是誤導群眾，貽笑大方。

近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張子暘與國家納米中心研究員劉前合作，在Nano Letters上發表了題為5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography（DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00978）的研究論文，報導了一種新型5nm超高精度雷射光刻加工方法。

為什麼說是新型呢？因為荷蘭ASML公司是全球唯一能生產EUV光刻機的公司，他們之前表態7nm以下工藝都需要EUV光刻機才行。現在中科院蘇州納米所的團隊開發了一種不需要使用EUV技術就可以製備出5nm特徵線寬的雷射光刻技術。

據悉，半導體光刻最重要的指標是光刻解析度，它跟波長及數值孔徑NA有關，波長越短、NA越大，光刻精度就越高，EUV光刻機就是從之前193nm波長變成了13.5nm波長的EUV極紫外光，而NA指標要看物鏡系統，ASML在這方面靠的是德國蔡司的NA=0.33的物鏡，下一代才回到NA=0.55的水平。

中科院蘇州所聯合國家納米中心開展的這項研究有所不同，在無機鈦膜光刻膠上，採用雙雷射束（波長為405 nm）交疊技術，通過精確控制能量密度及步長，實現了1/55衍射極限的突破（NA=0.9），達到了最小5nm的特徵線寬。

此外，該研究使用了研究團隊開發的具有完全智慧財產權的雷射直寫設備，利用雷射與物質的非線性相互作用來提高加工解析度，有別於傳統的縮短雷射波長或增大數值孔徑的技術路徑，打破了傳統雷射直寫技術中受體材料為有機光刻膠的限制，可使用多種受體材料，擴展了雷射直寫的應用場景。

首先需要明確的是，中科院5nm光刻技術的成功，確實是值得肯定、鼓舞人心的好事情。但如果就此得出「中國已經彎道超車ASML」、「我們將取代荷蘭的ASML光刻機」、「ASML的EUV光刻機將變成白菜價」之類的結論，那就是偷換概念、歪曲事實了。

一位業內人士強調：「該文章中並沒有提到5nm是用於晶片製造，而是研究團隊利用雷射直寫技術，實現了納米狹縫電極陣列結構的規模生產。狹縫電極是光電子器件的基礎元件，並非是集成電路。能生產零件和能把複雜的電路功能融合，兩者之間存在著很大的差距。這個類似中科院去年發表文章稱，實現了2nm電晶體的設計，但被部分媒體說成了2nm晶片。雖然都是2nm，可是完全不是一個概念。」

另外，即使該技術未來可被用於晶片製造，但實驗室技術和工業量產之間也隔著十萬八千裡的距離。另一位業內人士表示：「中科院的5nm雷射光刻技術目前僅僅局限於實驗室小規模小批量的進行實驗，不論是光刻的面積還是光刻的速度，都要比目前工業應用的光刻機弱很多，想要實現大規模批量的生產，要等到這項技術必須完全成熟了才有可能實現。至於這種5nm雷射光刻技術什麼時候能夠實現量產，我們不得而知，但從光刻機研發的歷史以及技術的晉級難度來看，這種光刻技術想要實現量產，我認為至少需要5年時間以上甚至更長。」

我國的光刻機為何難以突破，因為不僅僅是局限於雷射光刻加工方法，還包括各種零部件的桎梏。荷蘭ASML公司CEO曾經表示，不擔心把高端光刻機賣給中國，中國會因此複製出高端光刻機。因為ASML製造的高端光刻機涉及到很多精密零部件，其中90%都是對外採購的，這也使得光刻機很難被複製出來。像德國蔡司的光學鏡頭、美國的雷射發生器等，就讓ASML製造的光刻機，在光學技術上獲得了世界領先。

只有認清現實，才能更好地腳踏實地。

和中科院5nm雷射光刻技術被大肆報導的差不多同一時期，一個95後本科生也在圈內火了~

援引媒體「大數據文摘」的報導：一位大連理工大學化工學院的Up主彭譯鋒，竟然憑著一張圖紙給成功在家裡搭建了納米級光刻機，還成功光刻出~75微米（75000納米）的孔徑。

令人感到吃驚的是，這位同學還在讀本科，整個製造過程都是在一間超簡陋的小書桌上完成的，全部數學演算全靠一張白板，所有的材料都堆放在桌上地上，簡直就是「家居實驗室模範」。彭同學在視頻中表示，他製造光刻機的圖紙來自自己西安電子科技大學的同學，圖紙大概長下圖這個樣子。彭同學也正是憑藉著這張圖紙，完整復刻了整臺納米級光刻機。他目前的研究成果花了大概半年自己琢磨出來的，最早的興趣來自高中的時候，那個時候還沒有視頻和資料，但是他就是想自研晶片。其實，這個事兒本來挺好，本科生自己DIY，對動手能力和工程能力都是極好的鍛鍊，學校也應該積極倡導。但壞就壞在這事兒被鼓吹過頭，非得拿光刻機做新聞，就引起許多真正半導體行業從業者的不滿了。
知乎網友Hellc質疑：「明明是個類光刻機的DIY設計，媒體為什麼要重點突出光刻機？明明是微米為什麼要強行說成納米？」

知乎網友一倍速同樣表示：「這個東西根本不是光刻機，而是一個雷射雕刻工作檯。光刻是不會直接在材料上腐蝕的。所謂光刻，正如字面意思所述，是去刻蝕，但是賓語不是矽片，而是光刻膠膜，是將光刻膠膜中的一部分變化，用特殊的化學試劑清洗時，被光照的部分和不被光照的部分。一個被溶解，一個不被溶解。這個步驟叫做顯影,之後會用刻蝕液進行圖案的刻蝕。也就是說在半導體工藝流程中，要想在一個片子上做圖案，應該是光刻+顯影+刻蝕。而報導中是光刻+顯影，真的就拿光去刻了.」

一個有意思的現象是，所有在這2篇相關報導下面提出質疑的人都無一例外的被或多或少的人噴了。大意是說「這個時候你還潑冷水，是不是中國人」；「鍵盤俠，你行你上啊」！


需要強調的是，很多人的質疑並不是針對中科院的技術和彭同學的行為本身，而是針對媒體為了博取噱頭而故意「捧殺」的做法。希望自己的國家強大是人之常情，但過度的鼓吹只會讓中國本就普及不好的微電子基本知識雪上加霜，也會造成輿論的混亂.

路漫漫其修遠兮，我們依然要艱苦奮鬥、上下求索。

引用資料：

1.《95後up主低成本DIY納米級光刻機！一圖紙一書桌研究半年，挑戰晶片製造最難環節》，大數據文摘，笪潔瓊

2.《中科院研發新型雷射光刻技術：不用EUV 直擊5nm》，傳感器技術

3.《媒體稱中科院實現5nm晶片光刻機，傳到美國那裡就是「笑話」》

4.知乎話題《如何看待『本科生自製光刻機』這一報導？有哪些意義和局限性》

相關焦點

  • 95後靠一張圖DIY納米級光刻機?只用半年......
    文 | 笪潔瓊本文轉載自微信公眾號「大數據文摘」（ID: BigDataDigest)，原文首發於2020年7月8日，原標題為《95後up主低成本DIY納米級光刻機！最近，一位本科生自製光刻機的視頻火了。是的，你沒聽錯，一位大連理工大學化工學院的Up主彭譯鋒，竟然憑著一張圖紙給成功在家裡搭建了納米級光刻機，還成功光刻出75微米（75000納米）的孔徑，被網友盛讚：後浪可畏！
  • 國產光刻機50年之痛
    7月，中科院網站刊登一則國產5nm光刻技術獲突破的新聞，隨後又被刪除。這則新聞介紹，中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所某研究員與國家納米中心某研究員合作，成功開發出一種新型5nm雷射光刻加工方法。而這種光刻技術，使用了具有完全智慧財產權的雷射直寫設備，可以1小時製備約5×105個納米狹縫電極，展示出規模量產的潛力。 消息一出，社交媒體上一片沸騰。但伴隨這條新聞被刪除，有人質疑，有人失落。在最近兩年頻繁的晶片大事件中，「光刻機」登上了熱榜。光刻是晶片製造最核心、最難的環節，而且佔到晶片成本的30%。
  • 國產光刻機背後的希望
    今年六月份有消息傳出，國產光刻機龍頭上海微電子將在一年內交付用於28nm製程生產的193nm ArF光刻機。
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    由此可見，此次網傳的華為招聘光刻工藝工程師，從而進軍光刻機可謂是一場媒體的狂歡，而華為發現被自媒體炒作後也及時取消了該職位招聘。從設備方面考慮，目前國產晶片產業鏈與國際相比，光刻機是受掣肘最甚的設備之一，所以，華為從光刻機入手，也並非完全不可能。 然而，光刻機的難度超乎想像。目前，全球光刻機市場99%的市場都被ASML、尼康和佳能三大巨頭佔據，無一不是經歷了數十年的積累，高端EUV光刻機更是只有ASML唯一供應。
  • 中國第一的雷射巨頭,蘋果也是客戶,開始銷售光刻機
    過去一年時間，大家也是時刻關注國產晶片產業發展，就拿華為公司來說，在面臨晶片斷供危機之後，已經進入晶片製造領域，網傳華為將投入200億造芯，可以說是給中國半導體產業鼓舞士氣，考慮到中國最先進的光刻機製造技術還停留在90nm以上，和ASML的5nm Euv光刻機技術相差甚遠，要想在短期內實現彎道超車幾乎不可能
  • 【贈書】我國國產光刻機的真實水平什麼樣?
    光刻機是晶片製造的關鍵工藝，而光刻機的生產技術由荷蘭ASML 、日本的尼康和佳能公司壟斷。在「缺芯」之勢蔓延、美國推動半導體產業鏈回流的背景下，國產光刻機的真實水平是什麼樣的？我國又應如何發力實現光刻機和半導體產業的突破？本文給出了答案。
  • 光刻機原理介紹
    02光刻機的發展1、前EUV時代光刻機分為紫外光源（UV）、深紫外光源(DUV)、極紫外光源（EUV）。按照發展軌跡，最早的光刻機光源即為汞燈產生的紫外光源（UV）。之後行業領域內採用準分子雷射的深紫外光源（DUV），將波長進一步縮小到ArF的193 nm。由於遇到了技術發展障礙，ArF加浸入技術成為主流。
  • 中科院宣布入局光刻機,臺積電總裁馬上發聲,很現實!
    不過近日，我國中科院突然宣布，開始正式入局光刻機領域，事實上，早在今年的七月份，中科院就已經公布了一種5納米雷射光刻技術。然而就在中科院宣布入局光刻機領域後，臺積電總裁卻突然發聲。我們知道，現在臺積電是晶片製造技術上最強的代工廠商，然而臺積電總裁魏哲家在參加活動中表示，臺積電對世界最大的創新貢獻，是由創始人張忠謀創造的 「專業集成電路製造服務」的商業模式。
  • 大國博弈光刻機,中國如何破局?
    在「缺芯」之勢蔓延、美國推動半導體產業鏈回流的背景下，國產光刻機的真實水平是什麼樣的？我國又應如何發力實現光刻機和半導體產業的突破？本文給出了答案。隨著製程精度提升，光刻機複雜程度提高，ASML（阿斯麥爾）公司貫通光刻產業鏈，完全壟斷了10納米以下的工藝。以ASML的EUV（極紫外）光刻機為例，7納米製程的EUV光刻機內部共有10萬個零件，90%的關鍵設備來自外國而非荷蘭本國。ASML作為整機公司，實質上只負責光刻機設計與各模塊集成，需要全而精的上遊產業鏈作為堅實的支撐。
  • 碳基晶片關鍵技術被北大攻克,未來不需要光刻機?任正非說出實情
    北大攻克碳基晶片我國的研究機構很多，比如中科院，中科院就跟連鎖超市一樣，遍地開發，說明國內的科研能力很強，而且中科院給出的工資也很高，像讀了30年書的博士生
  • 號稱「比兩彈一星還高端的光刻機」,到底難在哪裡?
    光刻機到底在「刻」什麼？，1納米是0.000000001公尺如果以指甲厚度做比較的話，或許會比較明顯指甲的厚度約為0.0001公尺也就是說試著把一片指甲的側面切成10萬條線每條線就約等同於1納米由此可以想像得到1納米是何等的微小了造微小的東西核心思想就是放大類似於槓桿原理然而在晶片領域普通的機械槓桿原理已經完全不夠用了
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    關於國產光刻機，中科院罕見出手。壹近日，在社交媒體上，中科院院長白春禮在接受採訪時表示：未來在中科院將會集中全院的科研力量去攻克被美國卡脖子的技術，而光刻機技術就是重點中的重點。另外，在發布會上，院長還表示：要把「美國卡脖子的清單，變成科研任務清單」。
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    日前，國內雷射裝備龍頭企業大族雷射在互動平臺表示，目前公司在研光刻機項目解析度為3-5μm，主要聚焦在5G通訊配套分立器件、LED、Mini/Micro-LED新型顯示等方面的應用，且光刻機項目已實現小批量銷售。
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    光刻機主要技術指標準分子雷射器掃描步進投影光刻機最關鍵的三項技術指標是：光刻解析度（Resolution）、套刻精度（Overlay）和產能（Productivity）。光刻解析度的計算公式為：CD=K1・λ/NA式中λ為準分子雷射器輸出雷射波長，K1為工藝係數因子，NA為投影光刻物鏡數值孔徑。
  • 光刻機詳解:「恐怖」的光源系統
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  • 中國光刻機獲得重大突破,富士康大規模採用國產光刻機
    ，代表著中國大陸的光刻機取得了巨大的成績。富士康採用國產光刻機的意義業界人士指出富士康在封測生產線所採用的光刻機在技術上其實不如晶片製造所需要的光刻機，不過這對於中國的光刻機產業鏈還是有重要的意義，這意味著將為大陸光刻機產業鏈帶來巨額的收入。
  • 打破美國封鎖,中國終於不再被卡脖,國產光刻機發展得咋樣了?
    ，那麼國產光刻機發展得咋樣了呢？對此有專家表示：目前中國光刻機已經能夠實現28納米製造工藝，並且還在為14納米做出努力。如今世界上在光刻機領域處於世界一流水平的國家，只有荷蘭一家，這個國家手中的ASML公司已經能夠研製出5納米工藝以上的光刻機，最高甚至能夠達到2納米，中國因為起步晚，並且長期遭遇國外的技術封鎖
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    兩年後的 2009 年，據 Bloomberg 數據顯示，ASML 的營業額已達 22.25 億美元，已經佔據70%市場份額，成功登上光刻機領 域的霸主之位。邁向「整體光刻」時代，外延併購與整合助力新徵程。2007 年，ASML 收購了美國 Brion 公司， 這是一家專門從事計算光刻集成電路的公司，成為 ASML 整體光刻產品戰略的基石。
  • 為什麼光刻機比原子彈還難造?
    一臺荷蘭阿斯邁光刻機內部的紫外光源 | www.asml.com光刻的原理和過程一般是這樣的：首先製備出晶片電路圖的掩膜版，然後在矽片上旋塗上光刻膠，利用紫外光源通過掩膜版照射到光刻膠上。經過對準曝光後，紫外光照射到區域的光刻膠會因為化學效應而發生變性，再通過顯影作用將曝光的光刻膠去除，下一步採用幹法刻蝕將晶片電路圖傳遞到矽晶圓上。
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