我國已經有了自己的光刻機,為什麼芯片製造還是比不過英特爾呢?

英特爾 超微半導體 GPU 科學 科技MBA 2018-12-05

在數碼科技領域,處理器芯片(CPU)、圖形圖像處理器(GPU)的自主權一直是我們缺失的痛點。長久以來,市場上的高精尖芯片都掌握在英特爾、英偉達、AMD等幾家公司手中,而我國自研芯片之路卻一直走的不太順暢,而這其中很重要的一個原因,就是芯片生產中最重要的光刻機,一直受制於人。

我國已經有了自己的光刻機,為什麼芯片製造還是比不過英特爾呢?

近日,國家重大科研裝備研製項目"超分辨光刻裝備研製"通過驗收。據悉,該光刻機由中國科學院光電技術研究所研製,光刻分辨力達到22納米,結合雙重曝光技術後,未來還可用於製造10納米級別的芯片。

此消息一出,網上立刻掀起了激烈的爭論。有一部分網友認為,這項技術將會為國產自研芯片的發展帶來巨大的變化;而也有一部分網友認為,這臺光刻機屬於SP光刻機,在各方面性能上根本比不上主流的ASML光刻機,只是個噱頭罷了。那麼,這臺國產光刻機的表現究竟如何呢?

我國已經有了自己的光刻機,為什麼芯片製造還是比不過英特爾呢?

客觀來說,國產SP光刻機的成功是我國芯片發展過程中一次重要的彎道超車,意味著未來我國自研芯片的思路將擁有獨立發展的可能性。但是,SP光刻機也存在很多侷限性,它的出現並不能意味著我們可以實現芯片的徹底國產化。所以,這是我國芯片研發的重要一步,但不應該無腦吹捧,也不應該刻意抹黑。

首先,這臺SP光刻機雖然還處於22nm工藝階段,但這臺光刻機的22nm指的是"365nm的光源,單次曝光線寬可達22nm"。也就是說,在光學領域,這臺機器打破了傳統的衍射極限。這也意味著,這臺機器驗證了表面等離子體光刻加工的可能性。雖然這臺機器的工藝尚不能和ASML光刻機相提並論,但這樣的思路帶來了未來的可能性。

拋開復雜的監測設備不談,ASML光刻機最核心的原理就是通過物鏡系統將掩膜版上的圖案進行縮印成像。涉及到成像過程,就不得不考慮光的衍射極限。即便拋開所有的幾何像差,由於衍射的作用,一個無限小的點成像後也會變成一個彌散斑,被稱為"艾裡斑"。因此實際光學系統成像的分辨率就是兩個艾裡斑恰好能夠分開的距離。

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所以由於衍射效應,成像分辨率會受到限制,最終的分辨率取決於波長、數值孔徑等參數,波長越小、數值孔徑越大分辨率則越高。所以ASML這些年來主要的研究方向就是利用更短的波長(近紫外-深紫外-極紫外)、增大數值孔徑(更復雜的物鏡、液體浸沒)。但是每進一步都變得更加艱難,對系統設計、加工裝配、誤差檢測等等諸多方面都提出了更為苛刻的要求,成本也越來越高昂。

那麼表面等離子體光刻又是怎麼一回事呢?表面等離子體指的是一種局域在物質表面的特殊的電磁波,隨著離開物質表面距離的增大迅速衰減,一般認為波長量級以上的區域就不存在了。更為神奇的是,雖然表面等離子體波是由其他電磁波激發的,但是波長會被極大地壓縮,而壓縮的比例取決於材料的電磁性質等參數。

我國已經有了自己的光刻機,為什麼芯片製造還是比不過英特爾呢?

這就意味著,利用表面等離子體波進行光刻時,從原理上就不在受到傳統衍射極限的限制了。在光刻機研製方面,我們一直有兩個選擇:沿用ASML的老路走一遍,還是另闢蹊徑通過新原理彎道超車?我們國家目前兩個選擇都在做。而這臺SP光刻機的研製成功,就是讓我們看到了彎道超車的可能性。

誠然,現階段這臺SP光刻機並不能為我們帶來實質性的突破,但這是很關鍵的一步,這意味著我們擁有自己研發的可能性。對於自研芯片之路,我們應該保持希望,但不能操之過急,揠苗助長,要知道,現在成熟的處理器芯片,也是長久研發累積出的結果。就像AMD潛心多年反擊英特爾一樣,我們為什麼不能期待屬於我們自己的芯片呢?

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