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光刻机是怎么工作的?一台光刻机一年能制造多少芯片?

光刻机发出的光用于通过带有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光。光刻电阻的特性在看到光后会发生变化,从而使掩模中的图形可以 到薄片上,使薄片具有电子电路图的功能。这是光刻的功能,类似于照相机摄影。相机拍摄的照片打印在底片上,而照片不被记录,而是电路图和其他电子元件。根据网上资料显示,一台光刻机一天大约可以有效制造600块左右,一年就可以制造差不多21.9万块芯片。

光刻机为什么会如此的重要?

目前,无论是手机芯片、汽车芯片还是其他领域,包括军事、航空航天等应用,芯片都离不开光刻。现在世界上的芯片仍然是硅基芯片。经过近半个世纪的发展,芯片的关键尺寸逐渐缩小,从最初的电子管到晶体管,再到集成电路的发明。目前,我们仅有的技术是光刻技术。因此,如果没有光刻机,芯片就无 常制造,目前也没有替代光刻机的产品。

一台光刻机有多难造?

光刻机的制造难度非常大,可以说一台光刻机用到的零部件全是各个 最先进的技术产品。那我们就拿EUV的光刻机举例,有几吨重的镜头,而且还要确保无杂质,拥有纳米级别的分辨率。如果镜头有任何缺陷都是不可接受的,而且镜头的曲率非常薄。第二个困难在于光源,这很难做到。还必须考虑通过每个镜头和光路的光的折射损失,并且可用于光刻的能量非常小。

中国能否自己造一台光刻机?

光刻机在全世界非常稀有,发达 为了阻止中国发展,禁止出售光刻机到我们 。但是,近几年我国的科学家和政府都在加大在光刻领域的研究,而且也取得了一些进展,也开始进行国产光刻机的制造。但是尽管我们 这么努力,但对比a l的光刻机技术,可以说我们连门槛都还没有摸到。不过唯一值得庆幸的事是, 已经注意到了光刻机的重要性,开始在资金,人才,政策方面给予了大力的扶持。我相信未来我国的光刻技术一定会实现弯道超车。

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三项关键专利接连发布,国产光刻机开启加速模式

据统计资料显示,2020全年我国半导体芯片产业各项细分领域的设备、材料等, 累计进口数量达到了5341亿个,总价值超过了3500亿美元,约合人民币2.4万亿,这相当于制造500艘辽宁号航母的价值 。

很显然,我国是名副其实的全球第一大半导体芯片消费市场。然而,可恨的是,美国作为芯片产业出口大国, 一边在赚着我们的钱,一边还利用基础技术专利优势,对华为等中企实施高精尖芯片断供 ,妄图以此来遏制我国高新技术的发展。

为了摆脱芯片“卡脖子”,国内芯片市场决定自主制造,并制定了于2025年实现70%芯片自给率的目标,与此同时, 也推出了各项关于半导体产业的扶持政策,比如减免税收、激赏创新等等。

在自主造芯的浪潮下,国产芯片近两年取得了突飞猛进的发展,中低端芯片的产能、良品率都得到了大幅提升。遗憾的是, 我们的高端芯片制程突破之路却因为EUV设备的缺失而陷入了瓶颈。

众所周知,EUV光刻机是高端芯片制造不可或缺的核心设备,极为精密复杂,全球能生产的只有荷兰光刻巨头ASML。但其产线上含有超过20%的美技术配件,在美国的干预下,ASML始终无法对华出口EUV设备。

也正是由于这个原因,中科院、清北高校等科研机构顶着外界不看好的声音,毅然决然地对光刻核心技术展开了自研,并取得了不俗的成果。

没想到的是, 目睹国产光刻产业的不断崛起,ASML再也坐不住了,为了防止国产化高端光刻机落地之后冲击到其市场地位、不被排除在国内市场之外,ASML在大陆市场展开了一系列的布局。

据悉,ASML近两年在国内市场不仅扩大研究所的规模、广招华人光刻工程师,而且还在多地设立办事处,大量密集的申请光刻专利。 ASML过去十几年也不过只申请了约2000项专利,但这两年时间里却足足申请了约3000项 。更重要的是,ASML方面还宣布要进驻美国市场。

这意味着ASML在我们这里申请的光刻专利极有可能会被老美利用,从而卡住国产光刻机的脖子。要知道,“专利”这个词正是美通信巨头高通所发明的,有专利在手,高通常年都在向下游客户收取着大量的专利费,而且还多次使用拒绝授权的方式,逼迫下游手机厂商不得不采购它的芯片。

如今的光刻专利似乎如出一辙。这或许就是ASML构筑光刻壁垒的主要原因 ,其目的是防止我们在光刻领域摆脱对其的依赖。

但ASML显然还是低估了我们突破EUV垄断的决心,近日,国内光刻市场传出好消息,在业内人士看来,这基本意味着ASML的计划要落空了。

公开资料显示,中科院、四川大学科研团队、长春光机所接连发布了三项关键性的光刻专利,涉及到了光刻技术的应用、光刻设备的制造、以及光刻技术的创新。

首先,中科院发布了极紫外光源技术专利。

光源作为EUV的核心技术之一,实现了光源技术自主,基本就意味着EUV的研发完成了一半。 如今中科院不仅打破了光源技术的垄断,而且还拿到了相应的专利,这意味着ASML的专利壁垒已被彻底打开了缺口 。

其次,四川大学科研团队发布了光源系统专利 。这套光源系统专利可适用于DUV、EUV等中高端光刻设备,能够保证设备稳定高效的产生13.5nm光源。

另外,长春光机所发布了双波长激光专利。

传统硅基芯片在5nm/3nm工艺制程上已经逼近了物理极限, 而若想更进一步,要么更换原材料,要么就是在传统设备上进行升级。 长春光机所发布的这项双波长激光专利,能够解决激光器无法同时运作的弊端,从而实现芯片工艺的再次升级。就连ASML现阶段也未掌握该技术。

凭借着这三项关键性的光刻专利,国产光刻机落地之时,我们将有十足的底气与ASML进行专利交叉授权使用,从而彻底避免卡脖子问题。

在科研机构的技术支持下,国产光刻机已开启了加速模式,除了以上专利之外,国产光刻企业也取得了巨大的进步。

上海微电子自研的高端封测光刻设备已步入商用阶段,其核心技术配件几乎全部来自国产供应商,分别是 提供激光器产品的北京科益虹源 、 提供物镜系统的北京国望光学 科技 、 提供曝光光学系统的长春国科 、 提供双工件台系统的华卓精科 、 提供浸没系统浙江启尔机电技术 。

值得强调的是, 富士康青岛封测晶圆厂一口气向上海微电子采购了46台国产高端封测光刻机。 另外,根据此前多次传出的消息可知,上海微电子自研的可媲美DUV的浸没式光刻机将于明年正式落地。

这足以看出国内光刻市场蕴藏的潜力,不管是技术配件供应商,设备整合制造商,或者是下游客户群体等等,都在很大程度上优化着国内光刻市场环境。由此可见,我们突破EUV设备的垄断只是时间问题,正如王传福所说,再尖端的设备也是人造的,而非神造的。

回顾国产 科技 的崛起历程,几乎每一项重大技术的突破都是踩着海外的严密封锁走过来的,老美为了遏制我国高 科技 的发展,在数十年前就与其他41个 签署了《瓦森纳协定》,主要内容就是禁止一切尖端设备技术对华出口,就连EUV设备也在近两年被纳入协定之中。

但结果显而易见,就像比尔盖茨所发出的警告那样:对华为实施技术封锁、断供,只会加快他们实现自给自足的步伐,而到头来受到损失的只会是以出口为主的美半导体市场。

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