對(duì)于大多數(shù)人來說，光刻機(jī)或許是一個(gè)陌生的名詞，但它卻是制造芯片的核心裝備。作為芯片工業(yè)的母機(jī)，它的地位十分重要。當(dāng)然，這個(gè)領(lǐng)域也是我們國(guó)家的裝備制造業(yè)還沒有達(dá)到世界一流水平的地方。

　　最近，一些媒體報(bào)道了我國(guó)在芯片制造領(lǐng)域取得的新進(jìn)展的消息!經(jīng)過近七年艱苦攻關(guān)，位于四川成都的中科院光電研究所“超分辨光刻裝備研制”項(xiàng)目通過驗(yàn)收。這意味著中國(guó)有了“首臺(tái)紫外超分辨光刻裝備”，這一“光刻裝備”被部分媒體解讀為可以制造22納米工藝制程的微電子芯片。

　　很多中國(guó)人為這個(gè)進(jìn)展歡欣鼓舞，有人覺得中國(guó)已經(jīng)在光刻機(jī)領(lǐng)域超越了歐美，這引起了很多的輿論混淆。

　　我們做了一些調(diào)研，試圖還原事情的本來面目，看看中科院光電所的光刻裝備如何與世界上最先進(jìn)的阿斯麥光刻機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。

　　22納米在國(guó)際上是什么水平?

　　光刻機(jī)是芯片制造的核心裝備。我國(guó)一直在芯片行業(yè)受制于人，除了上海微電子能商品化90納米工藝制程光刻機(jī)，其他本土企業(yè)幾乎全軍覆沒。但上海微電子的光刻機(jī)的技術(shù)指標(biāo)離阿斯麥EUV光刻機(jī)最好的指標(biāo)——7納米工藝制程還有一個(gè)數(shù)量級(jí)的距離。

　　因此，中國(guó)在光刻機(jī)領(lǐng)域主要靠進(jìn)口。

　　荷蘭的阿斯麥(ASML)是目前全球最大的光刻機(jī)生產(chǎn)商，這家公司脫胎于飛利浦集團(tuán)。在中高端光刻機(jī)市場(chǎng)，阿斯麥公司占據(jù)大約60%的市場(chǎng)份額;而在最高端的光刻機(jī)市場(chǎng)，阿斯麥公司大約占據(jù)90%的市場(chǎng)份額。飛利浦公司是阿斯麥公司的大股東。飛利浦與阿斯麥同時(shí)也是中國(guó)臺(tái)灣的芯片代工企業(yè)臺(tái)積電的重要股東。所以，從這里可以看出，臺(tái)積電與阿斯麥在股權(quán)結(jié)構(gòu)上有深刻的聯(lián)系——所以一般來說，我國(guó)內(nèi)地的光刻機(jī)要比我國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電落后2到3年。

　　目前，阿斯麥出品的光刻機(jī)，性能最好的是7納米。而中科院推出的“光刻機(jī)”(不是商品化儀器，只能算“原理樣機(jī)”)是22納米，顯然在技術(shù)指標(biāo)上還不能與國(guó)際上最先進(jìn)的7納米相提并論。這中間的差距是比較大的，沒有多年的時(shí)間是彌補(bǔ)不上這個(gè)差距的，所以，現(xiàn)在沒有理由認(rèn)為中國(guó)的光刻機(jī)技術(shù)已經(jīng)超越了歐美，更不能盲目自大。

　　決定芯片的工藝制程的關(guān)鍵因素

　　現(xiàn)在科技界比較關(guān)心的是芯片的工藝制程，也就是大家說的7納米或者22納米這些關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

　　數(shù)字7比22小，這說明7納米的芯片的電路更細(xì)致，同樣面積上可以放置更多的微電子電路，所以7納米芯片是目前芯片的最好工藝制程。顯然整個(gè)光刻機(jī)的性能可以決定芯片的工藝制程，但主要的決定因素是光刻機(jī)的光學(xué)成像分辨率。

　　但是，對(duì)光刻機(jī)說，光學(xué)成像分辨率受到物鏡孔徑和光源波長(zhǎng)的限制，所以要提高芯片的工藝制程，傳統(tǒng)的思路是增大物鏡孔徑和縮短光源的工作波長(zhǎng)。這兩個(gè)方法都受到現(xiàn)實(shí)狀況的約束，比如物鏡的孔徑不可能無限增加，因?yàn)楣饪虣C(jī)的機(jī)械尺寸不可能無限擴(kuò)大。而光源的波長(zhǎng)已經(jīng)從紫外(波長(zhǎng)小于380納米，大于200納米)走到了深紫外(波長(zhǎng)小于200納米)，再朝外走就是X射線波段了。阿斯麥光刻機(jī)的紫外光的光源一般是激光器，比如2013年阿斯麥的EUV光刻機(jī)研發(fā)成功，當(dāng)時(shí)使用的光源是波長(zhǎng)為193納米的準(zhǔn)分子ArF激光，使用這種激光光源的光刻機(jī)能達(dá)到22納米的工藝制程。當(dāng)然了，如果換成波長(zhǎng)更短的13.5納米深紫外線光，那么就可以做到7納米的芯片制程——這樣一臺(tái)光刻機(jī)售價(jià)至少1億美元。

　　顯然，如果采用傳統(tǒng)的紫外激光光源的做法，那么中科院光電所的光刻機(jī)是很難與阿斯麥的光刻機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。因?yàn)榘⑺果溡呀?jīng)在這個(gè)領(lǐng)域深耕多年，技術(shù)積累非常雄厚，而且資本相當(dāng)充裕。

　　中科院光刻機(jī)走的是另外一個(gè)技術(shù)路線

　　中科院的這個(gè)“光刻機(jī)”項(xiàng)目并不是正面與阿斯麥較量，而是走了一條不一樣的技術(shù)路線，這里面至少有2個(gè)不同點(diǎn)。

　　第一個(gè)不同點(diǎn)在于光源的不同。阿斯麥的光刻機(jī)都采用的是激光光源，這些激光光源都比較昂貴。而中科院的“光刻機(jī)”采用的光源不是激光，而是汞燈。

　　汞就是水銀，高壓汞燈可以發(fā)出紫外光，而且價(jià)格相對(duì)紫外激光器來說要便宜很多。正因?yàn)楣庠磧r(jià)格上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，所以中科院的“光刻機(jī)”在一定程度上是可以有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的。這是值得肯定的。中科院光電所的這臺(tái)光刻設(shè)備采用的是汞燈365納米波長(zhǎng)光源，單次曝光最高線寬分辨力達(dá)到22納米。這一做法相當(dāng)于是用一支很粗的毛筆寫出了蠅頭小篆，所以背后必須有別的技術(shù)來支撐——這就是以下要說的第二個(gè)不同點(diǎn)。

　　第二個(gè)不同點(diǎn)就是中科院光電所的這條技術(shù)路線與“表面等離子體波”有關(guān)。表面等離子體波是當(dāng)紫外光線以一定的角度打上金屬表面的時(shí)候產(chǎn)生的波，這種波能吸收入射光的能量，從而顯著降低反射光的能量，利用表面等離子體的短波長(zhǎng)特性可以獲得超衍射聚焦光斑，這個(gè)可以應(yīng)用到超衍射納米光刻中。這才是中科院光電研究所超分辨光刻的核心技術(shù)。該技術(shù)利用微納結(jié)構(gòu)邊際作為掩模圖形，對(duì)表面等離子體進(jìn)行有效激發(fā)，其采用汞燈光源就可以獲得了特征尺寸小于30納米的超分辨光刻圖形。

　　這里需要強(qiáng)調(diào)的是，中科院的這個(gè)“光刻機(jī)”的技術(shù)路線確實(shí)“繞過國(guó)外相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘?！?/p>

　　但從某種意義上，中科院的“光刻機(jī)”就好像是一個(gè)還需要母乳喂養(yǎng)的新生嬰兒，而阿斯麥的光刻機(jī)好像是一個(gè)已經(jīng)可以自食其力的成年人?，F(xiàn)在還不能說這個(gè)新生的嬰兒一定會(huì)比阿斯麥成年人要優(yōu)秀，我們只能花至少10多年的時(shí)間去等待這個(gè)嬰兒的成長(zhǎng)。

　　中科院光電所的“光刻機(jī)”還不能產(chǎn)業(yè)化微電子芯片

　　中科院光電所的光刻設(shè)備目前還沒有商品化，所以與阿斯麥的光刻機(jī)還不構(gòu)成直接的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。中國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)受制于國(guó)外光刻機(jī)的局面在短期內(nèi)還不能被改變。

　　而且，更為重要的是，中科院光電所的光刻設(shè)備不單單是用來做芯片的，其實(shí)它的用途更為分散。這個(gè)設(shè)備為中國(guó)航天科技集團(tuán)第八研究院、中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、電子科技大學(xué)、四川大學(xué)華西二院、重慶大學(xué)等多家單位制備了一系列納米功能器件，包括大口徑薄膜鏡、超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器、切倫科夫輻射器件、生化傳感芯片、超表面成像器件等，驗(yàn)證了超分辨光刻裝備納米功能器件(非IC芯片)加工能力，已達(dá)到實(shí)用化水平。

　　所以請(qǐng)注意，這里提到的應(yīng)用是做納米功能材料，可不完全是做微電子芯片。因此不能把中科院光電所的這個(gè)光刻設(shè)備簡(jiǎn)單定義為它就是一臺(tái)專門用來做芯片的“光刻機(jī)”。從某種意義上來說，它更像是一種表面等離子體分析儀器。例如在生化傳感芯片方面，通過超分辨光刻裝備制備的納米傳感器件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的高靈敏探測(cè)，避免檢測(cè)過程中的接觸污染，在早期癌癥診斷技術(shù)方面能有所幫助。在國(guó)外確實(shí)有相關(guān)的商品化分析儀器與之類似。

　　目前，該裝備還不具備微電子芯片的制造能力。而且有知情人士表示，從目前的技術(shù)能力來看，目前的這套光刻設(shè)備，對(duì)于微電子芯片的光刻，也只能做周期的線條和點(diǎn)陣，是無法制作復(fù)雜的芯片所需要的非周期性圖形。

　　中科院光電所對(duì)光刻技術(shù)的探索是有價(jià)值的，因?yàn)樗麄兲剿髁瞬煌募夹g(shù)路線，而且可以將這套設(shè)備用到芯片之外的領(lǐng)域，所以也許他們能在其他領(lǐng)域帶來意想不到的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。另外一方面也值得注意，其實(shí)，在目前這個(gè)時(shí)代，摩爾定律其實(shí)已經(jīng)開始失效，比7納米更小刻線的光刻機(jī)的制造越來越難，阿斯麥公司的光刻機(jī)雖然技術(shù)一流，但在未來，傳統(tǒng)的光刻機(jī)已經(jīng)不受摩爾定律的左右，更小工藝制程的光刻機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)其實(shí)已經(jīng)意義不大。