阻止再阻止,美国为啥不让荷兰把光刻机卖给中国?

欧凡001
01-07 21:26
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1月6日,路透社报道,美国政府为阻止荷兰半导体巨头阿斯麦尔ASML公司向中国公司出口极紫外光刻机(EUV)设备,对荷兰政府广泛施压。
光刻机是啥?美国为啥不让荷兰把光刻机卖给中国?
这就要说到半导体行业最重要的芯片制造了。

芯片是手机和电脑的大脑
芯片相当于计算机或者手机的大脑,我们需要手机做的任何工作都要通过芯片来处理。比如打王者时,鲁班在屏幕上的运动轨迹,需要芯片根据你的操作指令不断绘制。所有复杂的运算,最后都会把它分解成加法逻辑,晶体管只有0,1两种状态,加法逻辑最简单最快,其他运算都是通过ALU(算术逻辑运算单元)调用加法器来协调工作完成计算。
芯片十几亿个晶体管同时运作,计算速度非常快。为了减少CPU的功耗和体积,每个晶体管目前的大小都在纳米级。纳米有多小?只有我们头发丝粗细的5千分之一。十几亿个纳米级别的小晶体管组合起来的CPU也不过是长宽1厘米左右大小。
CPU的生产厂商怎么做的呢?
先提纯二氧化硅,也就是沙子,加热融化,变成高纯度的二氧化硅溶液,放在一个坩埚内,然后将一块很小的子晶放在坩埚中匀速转动,并且向上提拉,这样熔融的硅会沿着子晶向上长成一个圆柱体的硅锭,这就是单晶拉直法。有点像猴子捞月亮一样,一个小猴(子晶)在最上面,往上提拉,后面的小猴子就一个个拉着前一个小猴的屁股,从溶液里面往上生长,变成一串非常整齐的硅锭。
圆柱体硅锭经过金刚线切割后,变成一片片很薄的圆形的硅片。这就是晶圆,目前晶圆主流的尺寸在8英寸和12英寸,专门负责芯片加工的工厂也叫晶圆代工厂。
晶圆准备好,相当于芯片的底座做好了,可以开始往上面刻蚀芯片电路了。

切割好的晶圆
第一步开始铺胶:把晶圆薄片经过粘结助剂(六甲基二硅胺烷)疏水化处理后,然后光刻胶泵送系统在晶圆中心准确的滴入准确体积的光刻胶,同时晶圆高速旋转,将滴入的光刻胶极其均匀的覆盖在晶圆表面。这个过程中,晶圆转速,光刻胶用量,浓度,粘度都需要精确控制。
第二步量测:量测的过程是找平,虽然前面铺胶的过程已经非常平整,但是在高工艺要求下,需要更加完美的平面,因此需要扫描并探测出整片晶圆的光刻胶高度,并在后续曝光过程中进行焦距补偿。
第三光刻:将芯片电路刻画步骤一步步刻在不同的光罩上,光刻机的光线穿过光罩,照射在晶圆上。被光罩遮盖的光刻胶将保护衬底不被改变,而光罩镂空的地方,光刻机光线将穿过去照射在光刻胶上,使用显影液后,溶解掉被照射的区域,这样,光罩上的图形就显现出来。然后对衬底进行选择性的刻蚀或离子注入过程,一层电路就刻蚀在上面。
这种光刻过程需要重复多次,每次会用不同光罩,一层层光刻,一层层注入,最后形成完整的芯片电路。后面还需要切割测试封装,芯片就可以使用了。

光刻机
由于晶体管只有纳米大小,1纳米只有头发丝粗细的5千分之一,这要求光刻机精度非常高。比如在晶圆来回移动距离大概10厘米,光刻机伺服定位位置要准确到几十纳米级别,这相当于从距离1000公里的北京和上海之间来回移动,落点位置误差只有10厘米。而且如此高精度的移动,光刻机在零点秒就可以完成。
光刻机的激光光源控制也是非常困难的,要求波长非常短,波长越短光刻的刀锋越锋利,可以用于刻蚀的特征尺寸就越小,刻蚀过程对精度的控制越好。ASML最新的光刻机(EUV),用的是波长很短的13.5纳米的极紫外光。
光刻机集中了光学,数学,流体力学,高分子物理与化学,精密仪器,自动化等多个学科的精华,为了实现完美的光刻工艺,工程师几乎把人类理工科智慧的精华全部用上了。所以,光刻机毫无疑问是人类工业最高科技含量的代表。
光刻机里面有十几万个超精密零部件,重量高达200吨。由于技术难度大,研发资金投入巨大,荷兰的ASML邀请美,德,日,韩出资,投资了几十亿欧元,花费几十年时间才共同研发成功。比如ASML的透镜来自德国的蔡司,光源是美国Cymer,ASML完成组装,价格昂贵,一台光刻机售价一亿美元,每年只生产20台左右。
荷兰的ASML光刻机现在能够做到3纳米工艺,而我国技术最好的中国微电子光刻机只能做到90纳米工艺,差距还是很大。这也是美国一直阻挠荷兰,不愿意把光刻机卖给中国的重要原因。

国产之光:华为麒麟芯片
之前有网友讨论,中国是航空发动机和国外最高水平比如美国F-135发动机差距大,还是光刻机和ASML差距大?毫无疑问是后者。我国的最新的航空发动机太行涡扇10,装备在第五代战机歼20上,性能还是不错,最多和美国的F-135差一代。但是中国光刻机和ASML差距就大了,至少差2代到3代。工艺极其复杂,造价昂贵的光刻机是半导体行业的核心,没有光刻机,高精度芯片没有办法生产。华为海思能够自主设计麒麟芯片,但是设计好了必须要送到台积电晶圆厂代工,自己没法生产。
一旦台积电停止为华为代工,没有高端光刻机技术,我们的高端芯片就会彻底断货,对于我国半导体行业就是摧毁性的打击。现在,我国在加紧光刻机的研发,中国半导体行业加油!
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