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文 | 陈伊凡编辑 | 谢丽容

今年7月,在中国科学院官网上公布了一则研究进展,中科院苏州所团结国家纳米中央在《纳米快报》(Nano Letters)上揭晓了题为《超分辨率激光光刻手艺制备5纳米间隙电极和阵列》(5 nm Nano gap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography)的研究论文,先容了该团队研发的新型 5 纳米超高精度激光光刻加工方式。

该论文揭晓在《纳米快报》(Nano Letters)。图截自官网ACS官网

新闻一经发出,外界一片沸腾,一些媒体称此手艺可以“突破ASML的垄断”、“中国芯取得重大进展”,“中国不需要EUV光刻机就能制作出5纳米制程的芯片”。

该论文的通讯作者、中科院研究员、博士生导师刘前告诉《财经》记者,这是一个误读,这一手艺与极紫外光刻手艺是两回事。

极紫外光刻手艺解决的主要是光源波长的问题,极紫外光刻手艺(Extreme Ultra-violet,简称:EUV),是以波长为10-14纳米的极紫外光作为光源的光刻手艺。

集成电门路宽是指由特定工艺决议的所能光刻的最小尺寸,也就是我们通常说的“28纳米”、“40纳米”。 这个尺寸主要由光源波长和数值孔径决议,掩模上电路疆土的巨细也能影响光刻的尺寸。现在主流的28纳米、40纳米、65纳米线宽制程接纳的都是浸润式微影手艺(波长为134纳米)。但到了5纳米这样的先进制程,由于波长限制,浸润式微影手艺无法知足更精致的制程需要,这是极紫外光刻机降生的靠山。

而中科院研发的5纳米超高精度激光光刻加工方式的主要用途是制作光掩模,这是集成电路光刻制造中不能缺少一个部门,也是限制最小线宽的瓶颈之一。现在,海内制作的掩模板主要是中低端的,装备质料和手艺大多来自外洋。

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刘前对《财经》记者说,若是超高精度激光光刻加工手艺能够用于高精度掩模板的制造,则有望提高我国掩模板的制造水平,对现有光刻机的芯片的线宽缩小也是十分有益的。这一手艺在知识产权上是完全自主的,成本可能比现在的还低,具有产业化的远景。

然则,即便这一手艺实现商用化,要突破荷兰ASML(阿斯麦)(NASDAQ:ASML)在光刻机上的垄断,另有许多核心手艺需要突破,例如镜头的数值孔径、光源的波长等。

若是把光刻机想象成一个倒置的投影仪,掩模就相当于幻灯片,光源透过掩模,把设计好的集成电路图形投影到光感质料上,再经蚀刻工艺将这样的图形转移到半导体芯片上。

通常,每一个掩模板的疆土都不一样,制作一枚芯片经常需要一套差别的掩模板。掩模板制作要求很高,致使其价钱十分昂贵,如一套45纳米节点的CPU的掩模板也许就需要700万美元。现在,随着产物的个性化、小批量趋势,致使掩模的价钱在整个芯片成本中急速飞升。

高端掩模板在海内照样一项“卡脖子”手艺。在半导体领域,除了英特尔(NASDAQ:INTC)、三星(PINK:SSNLF)、台积电(NYSE:TSM)三家能自主制造外,高端掩模板主要被美国的Photronics(NASDAQ:PLAB)、大日本印刷株式会社(DNP)以及日本凸版印刷株式会社(Toppan)(PINK:TOPPY)三家公司垄断,凭据第三方市场研究机构前瞻产业研究院的数据,这三家公司的市场份额占到全球的82%。

数据泉源:前瞻产业研究院 制图:陈伊凡

而且,这一手艺现在尚在实验室阶段,要实现商用另有很长的路要走。ASML从1999年最先研发极紫外光刻机,到2010年才出了第一台原型机,2019年第一款7nm极紫外工艺的芯片才最先商用,前后花了20年时间。这是一个手艺从实验室走向商用所必须支出的时间成本。

半导体产业生长60多年,摩尔定律基本得以实现的要害就在于光刻性能不停实现更小分辨率,在单位面积芯片上制造更多的晶体管,提高芯片的集成度。若是没有光刻机,就没有芯片先进制造可言。凭据第三方市场研究机构前瞻产业研究院数据,2019年全球光刻机市场74%被荷兰的ASML公司垄断。ASML也是现在全球唯一一家能够量产极紫外光刻机的公司。

数据泉源:前瞻产业研究院 制图:陈伊凡

若何突破层层专利珍爱,也是要实现制造完全自主的光刻机的难点之一。极紫外光刻手艺领域就像一个地雷密布的战场,ASML通过大量专利和知识产权珍爱,垄断该手艺。

一直以来,业界都在实验另一条手艺门路,例如华裔科学家、普林斯顿大学周郁在1995年首先提出纳米压印手艺,现在仍无法突破商用化的逆境。

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