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近些年实验室的确出现了五花八门的微加工技术,但那些仅仅也就用来灌灌水而已,至今没有任何一项技术尝试往晶圆加工上应用。三丧+Intel+台积电,每年的几百亿美元的研发费用,半导体技术研发实际上是这三家引领,各国的科研机构反而是打杂的。但看三家的先进位程计划,无一例外的都是采用光刻机。

弯道超车最近几年频繁在各类报道中出现,个人认为十分的不恰当。现在光刻机技术的追赶不像赛道,更像是爬山。人家在山顶,我们在山脚,怎么超?

另外,弯道的确可以超车,但弯道更容易翻车。

有人说金字塔顶下个命令,中国肯定就能搞出来。那真是想多了,大跃进遗毒未清。只要我们国家还在地球,我们就要尊重客观规律。依靠行政命令的强压,只会诞生上海药物所耿美玉团队的那种令国人蒙羞的造假


由于工作原因对光刻机这方面有一点了解。先给我的看法吧,基本不可能存在弯道超车的可能。

现在高端光刻机基本被ASML垄断了,连NIKON市场份额都很少,光刻机的内部极其复杂,可以说是人类知识集大成的产物之一。即使天天以科技自诩的美国,设备巨头的应用材料也在尝试后不得不退出这一领域。不过这也不能说是荷兰人聪明,因为现在的光刻机研发是集全球优势资源和半导体几十年的技术积累才有这个结果的,其他国家为获得优先使用权也只能投钱支持了。此外就那拿中芯国际一台最先进的光刻机买了1.2亿美元的例子来看(还被延期交货了),光刻机的制造难度可见一斑。国内做的比较好的是上海微电子装备和中科院的某研究所不过也停留在90nm研发产品阶段(目前ASML7nm的已量产),虽然国家近年来由于政治原因大量投入半导体行业,但毕竟技术积累不是钱能解决的。另外,缺人才也限制了研制,目前国内优秀人才都奔向计算机与金融了,基础研究缺乏人才输入,而光刻机恰恰吃人才,可想难度多大。

总体来说,鉴于国内的技术积累,人才状况,资金供应来说,短期内国内难以超越。

PS. 第一次回答知乎问题,个人愚见,如有不妥,无视即可也请勿喷(手机码字也不容易呀)。


高精度的晶圆加工设备,不是技术的问题,而是工程问题,工程问题不存在所谓的弯道超车的现象。你没有一个坑一个坑踩过去,没有雄厚的资金投入,你就解决不掉工程问题。


弯道超车多见于各种政府军方主导的项目的各种报告,急功近利的委婉说法,说到底就是外行管理内行的副作用之一,外行只能治人,治人就只有努力不努力的区别,怎么分辨努力还是不努力,那就是干得快不快,所以就有了弯道超车。

讲道理,阶级固化后没有新鲜血液的竞争和补充,治理水平也要稳住啊。


我平版印刷技术有些了解,感觉平版印刷跟「光刻」有点异曲同工之处。以前的平版印刷都是要做「掩膜」(印刷里说的是菲林,一种有图文的薄膜,跟以前照相用的底片一个样),通过「光刻」(曝光)将「掩膜」上的图文复制到「晶元」(PS版)。只要「掩膜」还在,就可以复制很多「晶元」(PS版),一张「晶元」(PS版)只是有一种图文,只能用来印一种颜色,一个印刷品可能要印很多种颜色,所以要反复的制作PS版,当然每次的图文都有所不同,印刷时不同的颜色图文也要仔细定位校准。大量印刷各种报刊杂志和包装纸张就是如此「复杂」的工艺复制出来的。

印刷和晶元制造都是要大量复制「图文」,只是前者精度最多只是微米级,后者则纳米级,差了大约一千倍!

如果印刷需求量很少,比如只是打样印几十张,上述办法是极不经济的,因为包括制版、曝光、清洗、印刷等等工序一样不少。晶元工序更多,加上上千倍的精确度,还有材料的超高纯度,「不经济」的问题更极端!

不过,对付少批量印刷,人们还有一个办法,那就是「列印」(大家接触得太多了)。列印的精度甚至可以比印刷还高,唯一的缺陷就是慢!对于上万甚至几十万的复制品,显然是效率极其低下的。看出来了吧?少批量复制,用「列印」方式效率高、成本少;大批量复制,用「印刷」方式(单位)效率更高、成本更少。

不知道晶元制造是否也可以「列印」,比如直接用电子扫描替代光刻(不懂,纯属胡猜),用于少批量的晶元制造,毕竟电子(波长)比光波长更短。现在列印技术日新月异,为了加快列印速度,采用多喷头的方式,电子扫描的话是不是也可以呢?


光刻机不存在弯道超车的问题,我们可以通过了解上海微电子来了解光刻机。

上海微电子成立于2002年3月7日,距离如今光刻机绝对霸主ASML的诞生之日(1984年4月1日)大约18年。关于它的诞生,我想从2001年2月27日讲起,这一天中科院院士,北京大学微电子研究院院长王阳元教授在中南海作了关于「微电子科学技术和集成电路产业」的报告,这一次报告深入浅出地分析了微电子与集成电路产业的战略地位、发展规律、趋势,并指出了我国微电子和集成电路产业的战略目标、措施和建议。

时任国务院副总理的李岚清在这次报告中随即给出了一个结论:集成电路是电子产品的「心脏」,是信息产业的基础,必须高度重视。这一结论立刻掀起了一股海内外力量投资中国微电子产业的热潮,作为经济中心的上海自然首当其冲,关于这一点后面会有详述。

国际环境 中国机遇

图源 | CGTN

从20世纪80年代后半期开始,集成电路产业展开了几种新的分工方式,其中Fabless和Foundry的分工成为了一种盛行的作业方式。这是美、欧、日等发达国家与地区的一些大公司,在保留一些自己最擅长且利润丰厚的产品生产线的基础上,为适应世界最新技术的迅速发展,采取的一种措施,从而保证自身精力转向知识含量更高的IC设计和IP供应领域。

恰逢冷战期结束,美国和前苏联关系缓和,导致日本的「工业后花园」地位不保,甚至开始被打压和经济制裁,因此韩国和中国台湾乘势崛起,台积电就是在那个时候成立(1987)并发展起来的。

然而,1999年9月,中国台湾大地震,IC投资者急切地希望减少地域风险,震后不少台湾投资者开始考虑适当分散IC产业,而上海成为首选之地。

怎么理解?在政策端,除了国家经贸委推出的2000年18号文以外,地方政府也出台了一系列优惠政策,尤其是正值从汽车、钢铁、石化工业向集成电路等高科技产业转型的上海,这与笔者第一段描述相呼应。在需求端,「九五」期间,中国大陆的集成电路需求年均增长率高达35%,而国内产值仅为20%,进口量达80%。在人才端,全球集成电路从业人员华人占一半,设计领域占第二。因此经济惠企、巨大的产能落差、技术劳动力资源加上得天独厚的地理位置使上海成为了抓住中国机遇的排头兵。

贺荣明与他的上海微电子情缘

图源 | 网路

临危受命

情系上海微电子

为了改变微电子产业长期以来「引进,落后;再引进,再落后」的状态。科技部下决心在「十五」期间将光刻机作为微电子装备首要攻关项目,并在2002年,将光刻机列入国家863重大科技攻关计划,目标是开发生产具有自主知识产权的、可在生产线上应用的线宽0.1um、加工矽片直径12英寸的光刻机。进度为2004年完成样机, 2005年上生产线。上海微电子在这样的历史使命之下成立,并被推向中国科技革命的最前线。

2017年,时任上海微电子总经理的贺荣明头发已经有些花白,他在接受解放日报的采访时平静的说「我实在没什么好写的,讲不出你们想要听的精彩故事,我只不过是十几年干了一件事」。「除了出差,每天早上7点出门,晚上10点回家,周六保证不休息,周日休息不保证,这就是我十几年生活的全部。」

时间回到2002年,现在的上海张江高科技园区张东路1525号还是一片农田,在其中一方浅浅的鱼塘旁,上海微电子在此动工建设,开始落地扎根。此时的贺荣明带著几位满怀梦想的「战友」来到张江,承担起制造振兴国家民族的微电子装备产业,开始了艰难的研发之路。

卧薪尝胆

攻关中沿途下蛋

图源 | 上海微电子官网

2002年,要说光刻机相关产业是一片空白,那也是不准确的。据记载,清华大学精密仪器系在早前研制开发过分步重复自动照相机、图形发生器、光刻机、电子束曝光机工件台等半导体设备;中科学院光电技术研究所在1980年研制出首台光刻机;中电科45所1985年研制我国同类型第一台g线1.5um分步投影光刻机等。

但要问有哪些是值得0.1um机实际借鉴的,还真是需要重新梳理一番,毕竟与当时ASML等龙头厂商的研发水平,完全不是在一条水平线上的。这个重大项目无论摆在谁面前,都会觉得无从下手吧,贺荣明当然也是如此。

「没有人才团队,没有技术积累,没有配套的供应链。西方国家对这一技术限制很多。」 「2007年,当光刻机的第一束光曝出来时,我们都热泪盈眶。」贺荣明如是说。

为了使研制过程处于良好的受控状态,贺荣明一边努力学习并借鉴世界上大型复杂工程项目的管理案例,一边将创新视为企业的生命和永恒的「发动机」。经过18年的「无薪尝胆」,终于有所突破,至少在国内市占率已经达到80%。

图源 | 上海微电子官网

面对这样的成绩,很多人还是会酸「上海微电子算什么光刻机主流厂商,二十年来进步不大,与荷兰ASML差距不低于三十年。」甚至还有人说「上海微电子只是设备集成商,而且集成水平也很低。90nm级的ArF DUV干式光刻机基本就是照著ASML的原型机用进口零件组装出来的,没有什么商用能力,这些年主要靠生产一些后道封装用的低端机台续命。」

面对这样的质疑,笔者一方面不否认上海微电子作为集成商的无奈与面临的差距挑战,另一方面也要声援一下那些为中国光刻机事业奉献青春,默默无闻(埋头苦干)的科研工作者们,包括每一位上海微电子的员工与产业链上的贡献者。他们的产品线上之所以会出现一些服务后道工序用的所谓低端机和高亮度LED光刻机,其实是在公司建立之初就存在的战略计划之中的(具体参阅王海雄先生发表于2002年的《上海微电子装备有限公司发展思路研究》一文)。同时,光刻机研发周期那么长,投入又那么大,一家公司为了生存,在适当的时机推出一些阶段型产品也在情理之中。

与ASML差距,妄自菲薄?

如今一机难求的EUV光刻机是石头缝里蹦出来的吗?这个问题是可笑的。

图源 | 半导体行业观察

早在1997年,ASML就开启了其研发之旅。如果简单地认为只凭ASML一己之力就能有如今的成就,这种想法也是幼稚的。要知道EUV方案最早来自于EUV LLC这样的一个合作组织,这个组织是由英特尔说服美国柯林顿内阁发起的,为的是挑战193nm瓶颈。这个组织里面都是当时有美国血缘或者对美国作出一系列允诺的欧洲企业,以及美国国家实验室,比如摩托罗拉、AMD、美光、ASML、英飞凌、劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚国家实验室等。

ASML作为一家荷兰公司,背靠著飞利浦爸爸,脚踩著当时被美国政府阻挠在外的尼康(日本企业,在当时是受到美国政府打压的,他们舍不得让日本企业分享美国最高精尖的技术),成功地成为后者,即通过许诺对美国的贡献后加入。因此近日被炒得沸沸扬扬的ASML受限售卖产品给中国的事件,最本质的原因就在这里。

当然,我要强调的重点不是ASML加入EUV LLC的过程,而是EUV LLC这个组织在1997年至2003年,这六年间发表了几百篇论文,充分验证了EUV光刻机的可行性,这就是ASML当时站立的高度,只要EUV研发成功,很长一段时间内都将毫无竞争对手。

反观上海微电子,除了国内政府的扶持外(列入国家863重大科技攻关计划,国家重大科技专项02的项目之一),同时还顶著《瓦森纳协定》中对华高科技出口管制的不平等性,成长基石与ASML不可同日而语。

图源 | Bloomberg L.P.

上面讲的是技术基石,下面再来聊一聊钱的事儿。光刻机市场不算大,但绝对是半导体中「最势利眼」的行业,只要技术稍微落后一点,就会被前行的竞争对手占尽市场份额。因此在落后的前提下,基本谈不上漂亮的资金回流。近日,有消息称,上海微电子十年研发经费只有6亿,团队人员也只有几百人,属于人少钱少的状态,信息是否属实,我们暂时无法查证,但无风不起浪,估计上海微电子的资金状态不会太好。

聊完钱,我们再来聊一下生态伙伴。就像摆在本土EDA面前的难题,最好的设计公司和制造公司都在海外,而EDA工具的发展需要伴随最先进工艺和设计的迭代而成长。今天国产光刻机面临的是同样的问题,需要有精密控制、光源、镜头系统等企业的鼎力合作,更需要有愿意当小白鼠的合作伙伴,比如ASML当年就有台积电作伴(台积电是1987年由台湾工研院和ASML的爸爸飞利浦合资成立的,飞利浦占27.5%股份)。

当然这些不是随便大街上拉几家企业就能做到的,至少国内目前的配合能力还十分有限。

根据知乎上的知情人士透露,国家02专项光刻机项目有多个部门参与,分别负责不同的子项。

其中清华大学和北京华卓精科负责双工件台系统,进度比较快,2019年底刚通过了02专项的CDR里程碑评审,研发和试产基地也完成了建设,是世界第二个掌握该项技术的(第一个为ASML的Twinscan技术)。

浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室和浙江启尔机电负责沉浸式光刻机的浸液系统,目前进度还可以,算是全世界第三家(第一ASML,第二为Nikon)。

中科院光电研究院负责准分子激光光源系统,由北京科益虹源负责产业转化,据之前的报道,国产40W 4kHz ArF光源已经交付(准分子激光光源此前只有两家公司提供,分别为美国Cymer公司和日本Gigaphoton公司,前者已经被ASML全资收购)。

中科院长春光机所(现北京国望光学)和上海光机所负责光学部分,其中长春负责物镜系统,上海负责照明系统,此前NA 0.75光刻机曝光光学系统已经通过02专项验收,满足90nm级ArF干式光刻机的需要,但主流的ArF浸没式光刻机一般需要60W 6kHz等级的光源,似乎情况不容乐观。

综上,光刻机子系统供应链方面有所成长,但距离领先水平还是有一大段距离的。

此外,就产业链合作伙伴而言,大家的第一反应基本都是中芯国际,然而中芯国际目前用来量产14nm工艺的却是ASML的低端DUV光刻机,而非选择与上海微电子共研支持最新工艺的光刻机。不过中芯国际曾允诺适当产能,可为光刻机的研制提供试验的场所。大家都是为了生存,这种选择合情合理。

因此,与ASML的差距说到底,不只是一家设备集成商能决定的,上海微电子除了以上这些硬实力不足以外还面临最大的痛点:人才缺失。

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弯道超车肯定是存在的,当下一家独大的ASML当年也是三家光刻机公司中的最后一名,但是如今尼康和佳能都快被干死了,所以说技术上没有弯道超车的一定是没有干过技术活,技术不是科研,通往目的地的路不止一条,最有利的往往是现在都没发现的那条路才是最好的捷径,所以可能是有的,但通过什么方式超车没人知道。


如果一直技术跟随的话,在这个领域已经没有可能超过人家了,除非在理论创新方面想办法


看了好多答案,否定的居多。我就不知道是不是大牛都在这里,答案说的那么肯定。

或者问题可以换一个问法,是不是有其他技术路线可以实现同样的目的。

看看光刻机的历史,就是一部技术不断超越的历史。都妄自菲薄到这种程度了,还上什么大学,搞什么科研。


现在哪里有弯道?

弯道有只有回头能看到。比如靠间谍活动和国际友人指点,苏联的第一颗原子弹才会知道跳过铀直接用钚实现。


短期超车可能很难,但是前者却有止步的可能,目前3nm已经很接近极限了,再小也不能低于硅原子直径吧。在革命性的新材料新技术出现之前,留给我们是有时间的,哪怕时间不长,也是有可能的,所以不要一味否定吧。不要那么悲观,看回答里面的包括一些大佬很斩钉截铁的不能,我觉得做科学研究,最忌讳急著下定论吧。


难,就说东风17,也不是一个弯道超车就行的。毕竟从上世界六十年代,郭永怀先生就开始搞高超音速武器理论,这都六十年了。光刻机肯定也得一步一个脚印的走。


厚积薄发,别天天想著弯道超车了。


没有可能,因为就算你扔进去几千个亿走通了新原理研制出了样机,没有上下游产业链配合,没有用户磨合迭代改进,照样不会在市场上占到份额。不要说从原理层面另起炉灶了,当初想把193nm的光源换成157nm提高解析度,工业界都不接受。这不仅仅是个技术问题,更是工程问题和商业问题。


有,增加激光器、光扭曲、感光材料学技术。还有形成晶元不一定要「刻」


极紫外技术估计得有十到二十年的生命期吧,时间太短,等你研究出来就快淘汰了。

说超车,不如直接研究电子束。


技术离不开经济,而这是一个攸关世界格局的问题,意外基本不会出现。


不能老惦记著弯道超车,所有技术的发展都是量变引起质变,一代一代进行积累沉淀的。

首先要解决第一代的使用问题,很多地方所谓的「弯道超车」,其实更多的是在一定基础上,选择了不同的发展路线,或者是在一些指标上面取舍不同。选择科技发展,已经基本上没有弯道超车的机会了,翻车了也不好对付。

最好的方法是在直线跟随,跟随策略,寻找机会直线超车。


其实也不用追求光刻机弯道超车。

ASML能拿到这一个领域的王者定位,在于他可以全球拿到最好的物料,技术和资源。但是其中很多核心物料中国根本无法进口,纯自研等于和全世界竞争。所以超车难度太大了。

但是国内可以在自己的领域里面把光刻机的一个组件做的最好,这样ASML自然会向你采购,然后对你形成依赖,例如光源就是采购美国的,镜面采购德国的,控制器和掩膜版是采购日本的。

其中里面的核心部件极紫外线光源其实中国技术并不比美国差,如果能在这一块深耕一下,做成世界最好(这个比自研高端光刻机难度低很多),成为ASML的核心供应商。ASML自然不会卡你。


还有一点就是其实EUV全球买家其实就几个客户,一个巴掌都能数过来。ASML还有一些中低端设备依赖中国市场,按照ASML的说法,中国是其第二大市场,而且潜力巨大。对于ASML来说他是真心想卖的。


不可能,光刻机已经到达物理极限了,就好像一场跑步比赛,第一名已经到达终点了,你现在只能加快速度提升你自己的成绩,但是已经不可能超越第一名了


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