中國半導體業的真正崛起離不開這款激光裝備的自主研製

如果沒有光,地球上就不會存在豐富多彩的生命形式。光的閃爍和傳播,會以30萬公里/秒的速度傳遞著能量和信息。

中國半導體業的真正崛起離不開這款激光裝備的自主研製

光的傳播

普通的光具有不一樣的波長、相位、偏振方向、傳播方向如陽光。我們平常看到的陽光都以為是白色的,實際上,牛頓利用三稜鏡對陽光進行了色散試驗,讓我們認識了太陽光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等色光組成的複色光。

1916年,愛因斯坦提出了受激輻射的概念,以此為理論基礎人們獲得了一種波長、相位、偏振方向、傳播方向一樣的光-後來人們將其命名為“激光”。

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激光

激光與原子能、半導體、計算機並稱為20世紀的新四大發明。

激光所具有的獨特性質,註定了激光的應用會飛速發展,激光技術的優劣在一定的層面上體現了一國科技實力的強弱。激光聚焦的光點直徑可達納米級,聚焦溫度可以達到上億度,相反也可以利用激光製冷原理,獲得接近絕對零度的溫度值。激光已經被廣泛應用於各行各業,甚至航空航天、國防軍事。

1984年,美國里根總統批准實施了一項名為“反彈道導彈防禦系統"的戰略防禦計劃

俗稱"星球大戰計劃"。其主要的攻擊與防禦武器是天基定向能武器,其中有大家熟知的破壞力極強的核能武器,如原子彈、氫彈。核能的破壞形式諸如衝擊波、光輻射、核輻射、放射性汙染和電磁脈衝。其他定向能武器還包括 X射線武器、中子炮等。

另外有一種集成準分子激光器的高能激光技術的天基鐳射射系統,格外讓世人矚目。準分子激光為何會有如此大的威力?原來準分子激光是一種超紫外線激光,它可以直接輸出極短波長的紫外光,在自身性質上也可以輸出足夠強大功率的脈衝冷激光。

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太空激光武器

冷戰結束後,“星球大戰計劃”被證實是美國針對前蘇聯的一場徹頭徹尾的騙局,前蘇聯由最初的超級大國分裂為15個國家,再也無法與美國抗衡。漸漸的“星球大戰計劃”也被世人遺忘。

2018年4月16日,特朗普政府突然發佈通告,未來7年禁止中興購買美國的敏感高科技產品,時稱"中興事件"。至此,中興在半導體芯片領域被美國“卡了脖子",甚至中興找不到所需芯片資源的替代途徑。也瞬間讓全體國人不禁愕然,原來我國在部分半導體芯片領域的科技水平如此稚弱。

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“中興事件”

實際上,芯片的製造工藝確實非常複雜,需涉及50多個行業的相互配合,銜接執行近5000道製造工藝,我國芯片技術起步較晚,與強國具有較大差距在所難免。近些年,中國在半導體芯片上的進口額已經大於2500億美元,而中國主要的進口對象就是美國。美國在半導體芯片技術中,在全球處於絕對領先地位,並且涉足的全部是高端和核心的領域。而我國的的芯片研製水平暫時處於中低端的非核心領域。

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芯片的製造,離不開裝備,而其中最為核心,技術門檻最高的,是很多普通國人在“中興事件"後首次聽說的名叫“光刻機"的裝備。

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ASML的高端光刻機

光刻機,是製造大規模集成電路的核心裝備,自身由數萬的超精密部件組成,全球每顆芯片的誕生都離不開它的雕琢。而光刻機中,同樣使用了“星球大戰計劃”提及的高能激光-準分子激光器。

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體積龐大的大功率準分子激光器

準分子激光器,在21世紀的半導體芯片領域發揮了至關重要的作用。我們知道,根據光的波粒二像性,光也屬於電磁波的一種,在量子領域,我們可以解析出光子的能量公式E-HC/λ,可見波長越短,其光子的能量越大,同時波長越短,也可以獲得更小的聚焦光斑。

因此極短的波長,使極紫外激光的光子能量破壞力極強,也讓人們獲得的現有技術條件下前所未有的準極限聚焦光斑(1.9nm)。

因此,準分子激光器成為了半導體行業的終極武器-EUV光刻機的最核心部件。

1.9nm是什麼概念?以人的頭髮絲為例,將人的頭髮絲剖切14000份,每一份的厚度約為1.9 nm。

光刻機研發和製造的世界霸主是荷蘭的ASML公司,其佔據了全球80%以上的光刻機訂單,其也已經具備成熟的分辨率7nm的EUV光刻機研製技術,單臺市場售價遠遠大於1億美金。ASML整合了全球最優質的核心技術資源,如激光器、光學物鏡系統等大廠的核心技術,ASML的光刻機的術實力獨步天下。

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ASML公司

而在國內,我們甚至沒有能夠研發高端準分子激光器的能力,更沒有無瑕疵加工超精密光學系統的基礎能力,而這些核心技術,全部掌握在歐美國家手中。因《瓦森納協定》限制,之前高端光刻機我國無法獲得,雖然近期ASML以產能不足為最大原因否定了《瓦森納協定》限制的流傳說法,但說辭並不被市場認可。

隨著我國政府下定決心並積極的佈局半導體產業的自主發展戰略,以及“02國家科技重大專項”計劃利用一代人的時間完成半導體裝備的自主國產化,應該讓ASML看到了現實機遇和未來危機。促使其改變了原有策略,ASML的高端光刻機開始允許進入中國:

2018年5月,華虹六廠採購的ASML的分辨14nm的深紫外光刻機進入中國;

2018年5月,長江存儲採購的ASML分辨率14nm的極紫外光刻機進入中國;

2019年,中芯國際採購的ASML最高端的分辨率7nm的EUV光刻機預計可能進入中國;

從中國這三大半導體廠商全部採購ASML先進的光刻機設備,我們不難看出,中國並沒有光刻機資源可供他們選擇,中國要想自身不被牽著鼻子走,一直落於人後,還得依靠自身科技實力的突破,獨立自主,打破壟斷。

然而,EUV光刻機技術代表了當前應用光學發展的最高水平,它的研發和製造,需要一個國家在光學、電子、軟件、超精密機械、材料、製程工藝方面具有超高的研發能力及製造基礎,高端光刻機攻堅的重任,落在了上海微電子這家企業身上。

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上海微電子公司的光刻機系統

上海微電子致力於半導體裝備的研發製造與銷售,其近期承擔了“02國家科技重大專項”“極大規模集成電路製造裝備與成套工藝專項”中的分辨率65 nm光刻機的研製,而其現有的技術能力,只能具備研發90nm的低端光刻機,距離國際最先進的7 nm技術相差甚遠。

不過,黨和政府已經下定決心,在這場半導體領域的新“星球大戰”中,絕不退縮,幾千億美金的研發預算已經備齊,祖國已經開始迎戰,我們期待著勝利那一天的早日到來。


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