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中科院5nm激光光刻彎道超車?95后本科生DIY納米級(jí)光刻機(jī)？背后的真實(shí)情況

時(shí)間：2020-07-13 10:45:46
關(guān)鍵字： 5nm    光刻機(jī)    納米級(jí)   
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[導(dǎo)讀]資料來(lái)源：知乎、大數(shù)據(jù)文摘、傳感器技術(shù)等 物聯(lián)網(wǎng)智庫(kù)，整理發(fā)布， 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源和出處。 導(dǎo)? 讀 中國(guó)苦“芯”久矣！中國(guó)慕“光刻機(jī)”亦久矣！如果我們真的在核心技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，那確實(shí)值得大書特書，大力報(bào)道；但如果夸大其實(shí)，自我高潮，那只能

資料來(lái)源：知乎、大數(shù)據(jù)文摘、傳感器技術(shù)等

物聯(lián)網(wǎng)智庫(kù)，整理發(fā)布， 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源和出處。


導(dǎo)  讀



中國(guó)苦“芯”久矣！中國(guó)慕“光刻機(jī)”亦久矣！如果我們真的在核心技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，那確實(shí)值得大書特書，大力報(bào)道；但如果夸大其實(shí)，自我高潮，那只能是誤導(dǎo)群眾，貽笑大方。



面對(duì)美帝的接連制裁和打壓，許多科技圈從業(yè)者現(xiàn)實(shí)中還沒被魚刺卡過(guò)喉嚨，卻已在精神上飽嘗如鯁在喉的痛苦。


在眾多“魚刺”中，芯片無(wú)疑是扎得最深的那一根，而光刻機(jī)則是阻隔這根刺頭被拔出的主要障礙之一。

在媒體的狂轟亂炸之下，即使從事的是和芯片八竿子打不著邊兒的行業(yè)，恐怕也會(huì)對(duì)光刻機(jī)略知一二。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體芯片制造分為 IC 設(shè)計(jì)、 IC 制造、 IC 封測(cè)三大環(huán)節(jié)， 光刻作為 IC 制造的核心環(huán)節(jié)，其工作原理可以被理解為“蘿卜雕花”，只不過(guò)是在硅片上雕，主要作用是將掩模版上的芯片電路圖轉(zhuǎn)移到硅片上。 由于光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平，光刻成為 IC 制造中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的工藝步驟， 光刻的核心設(shè)備——光刻機(jī)更是被譽(yù)為半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠。

“得不到的永遠(yuǎn)在騷動(dòng)”，因?yàn)樘^(guò)渴望，和光刻機(jī)有關(guān)的任何風(fēng)吹草動(dòng)往往都會(huì)成為大新聞。就在前幾天，有2則和光刻相關(guān)的消息呈現(xiàn)刷屏之勢(shì)：其一是“中科院發(fā)布5nm激光光刻技術(shù)”，被部分媒體解讀為“中國(guó)芯取得歷史性突破”、“荷蘭ASML將被我們?nèi)〈ˋSML笑笑表示不說(shuō)話）”；其二是“95后本科生低成本DIY納米級(jí)光刻機(jī)”，該名學(xué)生則被冠以“真正的后浪”、“中國(guó)芯片行業(yè)未來(lái)的希望”等稱號(hào)。

誠(chéng)然，中國(guó)苦“芯”久矣！中國(guó)慕“光刻機(jī)”亦久矣！ 如果我們真的在核心技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，那確實(shí)值得大書特書，大力報(bào)道；但如果夸大其實(shí)，自我高潮，那只能是誤導(dǎo)群眾，貽笑大方。


5nm激光光刻研究進(jìn)展≠光刻機(jī)進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張子旸與國(guó)家納米中心研究員劉前合作，在Nano Letters上發(fā)表了題為5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography（DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00978）的研究論文，報(bào)道了一種新型5nm超高精度激光光刻加工方法。

為什么說(shuō)是新型呢？因?yàn)楹商mASML公司是全球唯一能生產(chǎn)EUV光刻機(jī)的公司，他們之前表態(tài)7nm以下工藝都需要EUV光刻機(jī)才行。現(xiàn)在中科院蘇州納米所的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種不需要使用EUV技術(shù)就可以制備出5nm特征線寬的激光光刻技術(shù)。


據(jù)悉，半導(dǎo)體光刻最重要的指標(biāo)是光刻分辨率，它跟波長(zhǎng)及數(shù)值孔徑NA有關(guān)，波長(zhǎng)越短、NA越大，光刻精度就越高，EUV光刻機(jī)就是從之前193nm波長(zhǎng)變成了13.5nm波長(zhǎng)的EUV極紫外光，而NA指標(biāo)要看物鏡系統(tǒng)，ASML在這方面靠的是德國(guó)蔡司的NA=0.33的物鏡，下一代才回到NA=0.55的水平。


中科院蘇州所聯(lián)合國(guó)家納米中心開展的這項(xiàng)研究有所不同，在無(wú)機(jī)鈦膜光刻膠上，采用雙激光束（波長(zhǎng)為405 nm）交疊技術(shù)，通過(guò)精確控制能量密度及步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了1/55衍射極限的突破（NA=0.9），達(dá)到了最小5nm的特征線寬。


此外，該研究使用了研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光直寫設(shè)備，利用激光與物質(zhì)的非線性相互作用來(lái)提高加工分辨率，有別于傳統(tǒng)的縮短激光波長(zhǎng)或增大數(shù)值孔徑的技術(shù)路徑，打破了傳統(tǒng)激光直寫技術(shù)中受體材料為有機(jī)光刻膠的限制，可使用多種受體材料，擴(kuò)展了激光直寫的應(yīng)用場(chǎng)景。

首先需要明確的是，中科院5nm光刻技術(shù)的成功，確實(shí)是值得肯定、鼓舞人心的好事情。但如果就此得出“中國(guó)已經(jīng)彎道超車ASML”、“我們將取代荷蘭的ASML光刻機(jī)”、“ASML的EUV光刻機(jī)將變成白菜價(jià)”之類的結(jié)論，那就是偷換概念、歪曲事實(shí)了。

一位業(yè)內(nèi)人士強(qiáng)調(diào)：“該文章中并沒有提到5nm是用于芯片制造，而是研究團(tuán)隊(duì)利用激光直寫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了納米狹縫電極陣列結(jié)構(gòu)的規(guī)模生產(chǎn)。狹縫電極是光電子器件的基礎(chǔ)元件，并非是集成電路。能生產(chǎn)零件和能把復(fù)雜的電路功能融合，兩者之間存在著很大的差距。這個(gè)類似中科院去年發(fā)表文章稱，實(shí)現(xiàn)了2nm晶體管的設(shè)計(jì)，但被部分媒體說(shuō)成了2nm芯片。雖然都是2nm，可是完全不是一個(gè)概念。”

另外，即使該技術(shù)未來(lái)可被用于芯片制造，但實(shí)驗(yàn)室技術(shù)和工業(yè)量產(chǎn)之間也隔著十萬(wàn)八千里的距離。另一位業(yè)內(nèi)人士表示：“中科院的5nm激光光刻技術(shù)目前僅僅局限于實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模小批量的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不論是光刻的面積還是光刻的速度，都要比目前工業(yè)應(yīng)用的光刻機(jī)弱很多，想要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量的生產(chǎn)，要等到這項(xiàng)技術(shù)必須完全成熟了才有可能實(shí)現(xiàn)。至于這種5nm激光光刻技術(shù)什么時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，我們不得而知，但從光刻機(jī)研發(fā)的歷史以及技術(shù)的晉級(jí)難度來(lái)看，這種光刻技術(shù)想要實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，我認(rèn)為至少需要5年時(shí)間以上甚至更長(zhǎng)?！?/span>

我國(guó)的光刻機(jī)為何難以突破，因?yàn)椴粌H僅是局限于激光光刻加工方法，還包括各種零部件的桎梏。荷蘭ASML公司CEO曾經(jīng)表示，不擔(dān)心把高端光刻機(jī)賣給中國(guó)，中國(guó)會(huì)因此復(fù)制出高端光刻機(jī)。因?yàn)锳SML制造的高端光刻機(jī)涉及到很多精密零部件，其中90%都是對(duì)外采購(gòu)的，這也使得光刻機(jī)很難被復(fù)制出來(lái)。像德國(guó)蔡司的光學(xué)鏡頭、美國(guó)的激光發(fā)生器等，就讓ASML制造的光刻機(jī)，在光學(xué)技術(shù)上獲得了世界領(lǐng)先。

只有認(rèn)清現(xiàn)實(shí)，才能更好地腳踏實(shí)地。

低成本DIY納米級(jí)光刻機(jī)可還行？

和中科院5nm激光光刻技術(shù)被大肆報(bào)道的差不多同一時(shí)期，一個(gè)95后本科生也在圈內(nèi)火了~

援引媒體“大數(shù)據(jù)文摘”的報(bào)道：一位大連理工大學(xué)化工學(xué)院的Up主彭譯鋒，竟然憑著一張圖紙給成功在家里搭建了納米級(jí)光刻機(jī)，還成功光刻出~75微米（75000納米）的孔徑。
              
令人感到吃驚的是，這位同學(xué)還在讀本科，整個(gè)制造過(guò)程都是在一間超簡(jiǎn)陋的小書桌上完成的，全部數(shù)學(xué)演算全靠一張白板，所有的材料都堆放在桌上地上，簡(jiǎn)直就是“家居實(shí)驗(yàn)室模范”。
               
Up主地址如下：
彭同學(xué)在視頻中表示，他制造光刻機(jī)的圖紙來(lái)自自己西安電子科技大學(xué)的同學(xué)，圖紙大概長(zhǎng)下圖這個(gè)樣子。彭同學(xué)也正是憑借著這張圖紙，完整復(fù)刻了整臺(tái)納米級(jí)光刻機(jī)。


他目前的研究成果花了大概半年自己琢磨出來(lái)的，最早的興趣來(lái)自高中的時(shí)候，那個(gè)時(shí)候還沒有視頻和資料，但是他就是想自研芯片。

其實(shí)，這個(gè)事兒本來(lái)挺好，本科生自己DIY，對(duì)動(dòng)手能力和工程能力都是極好的鍛煉，學(xué)校也應(yīng)該積極倡導(dǎo)。但壞就壞在這事兒被鼓吹過(guò)頭，非得拿光刻機(jī)做新聞，就引起許多真正半導(dǎo)體行業(yè)從業(yè)者的不滿了。

知乎網(wǎng)友Hellc 質(zhì)疑：“明明是個(gè)類光刻機(jī)的DIY設(shè)計(jì)，媒體為什么要重點(diǎn)突出光刻機(jī)？明明是微米為什么要強(qiáng)行說(shuō)成納米？”


知乎網(wǎng)友一倍速 同樣表示：“這個(gè)東西根本不是光刻機(jī)，而是一個(gè)激光雕刻工作臺(tái)。光刻是不會(huì)直接在材料上腐蝕的。所謂光刻，正如字面意思所述，是去刻蝕，但是賓語(yǔ)不是硅片，而是光刻膠膜，是將光刻膠膜中的一部分變化，用特殊的化學(xué)試劑清洗時(shí)，被光照的部分和不被光照的部分。一個(gè)被溶解，一個(gè)不被溶解。這個(gè)步驟叫做顯影,之后會(huì)用刻蝕液進(jìn)行圖案的刻蝕。也就是說(shuō)在半導(dǎo)體工藝流程中，要想在一個(gè)片子上做圖案，應(yīng)該是光刻+顯影+刻蝕。而報(bào)道中是光刻+顯影，真的就拿光去刻了......”


結(jié)語(yǔ)

一個(gè)有意思的現(xiàn)象是，所有在這2篇相關(guān)報(bào)道下面提出質(zhì)疑的人都無(wú)一例外的被或多或少的人噴了。大意是說(shuō)“這個(gè)時(shí)候你還潑冷水，是不是中國(guó)人”；“鍵盤俠，你行你上啊”！

需要強(qiáng)調(diào)的是，很多人的質(zhì)疑并不是針對(duì)中科院的技術(shù)和彭同學(xué)的行為本身，而是針對(duì)媒體為了博取噱頭而故意“捧殺”的做法。 希望自己的國(guó)家強(qiáng)大是人之常情，但過(guò)度的鼓吹只會(huì)讓中國(guó)本就普及不好的微電子基本知識(shí)雪上加霜，也會(huì)造成輿論的混亂......

路漫漫其修遠(yuǎn)兮，我們依然要艱苦奮斗、上下求索。


引用資料：
1.《95后up主低成本DIY納米級(jí)光刻機(jī)！一圖紙一書桌研究半年，挑戰(zhàn)芯片制造最難環(huán)節(jié)》，大數(shù)據(jù)文摘，笪潔瓊
2.《中科院研發(fā)新型激光光刻技術(shù)：不用EUV 直擊5nm》，傳感器技術(shù)
3.《媒體稱中科院實(shí)現(xiàn)5nm芯片光刻機(jī)，傳到美國(guó)那里就是“笑話”》
4.知乎話題《如何看待‘本科生自制光刻機(jī)’這一報(bào)道？有哪些意義和局限性》

-END-




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