它堪称是宇宙中人类制造的最平整光滑的镜面,表面粗糙程度只有20皮米,如果把光刻机的镜头扩展至地球表面积那么大,那么这个镜子的粗糙程度只有0.2毫米。
在大自然中,只有中子星的表面能达到这个精细程度,目前全世界只有一家公司能制造集成度为7纳米以下的光刻机镜头,中国目前落后这家公司至少5年。
EUV光刻机镜头是用来干什么的?
主要用于将极紫外光聚焦到硅晶片上,从而刻画出极其微小的电路图案。它是光刻机中的核心部件之一,直接关系到芯片制造的精度和质量。一台EUV光刻机中通常有几十块这样的透镜,它们协同工作,确保极紫外光能够精确聚焦到硅晶片上,任何一个透镜的微小误差都可能导致无法造出合格的芯片。
精度这么高的镜头,是使用什么方法制造的?
EUV光刻机镜头的材质通常选用具有高透光性、高热稳定性和高机械强度的特殊光学玻璃或晶体材料。这些材料能够确保镜头在极紫外光照射下保持稳定的性能,同时能够承受高温和高压等恶劣工作环境。
一般而言,极紫外光的光刻机是先讲高纯度的石英融化,然后造出一个平整度极高的基底,在这个基底上利用化学气相沉淀的方法铺上一层钼膜,在钼膜上铺若干层的硅膜,再在硅上铺若干层钼膜,就这样周期性的铺下去,每一层的厚度要达到纳米级别。
铺完之后,就是检测平整度是否合格。质检时需用到高精度的探针,这个探针可以检测生产出的光刻机镜头是否合格。在此之前,它们还要被拿去抛光,镜坯由高精度机床铣磨成型,然后使用小磨头抛光、磁流变抛光、离子束抛光等超精密抛光手段,才能达到所需的精度。最后再进行镀膜,以提高其反射率和耐久性。
即便如此,光刻机的能量利用率也小的可怜,用来刻板子的能量不足耗电量的2%,
为什么要用这么好的反射镜?
和能耗其实没有多大关系,主要与精度有关,粗糙的镜头,反射的光束能量不够集中,不能用来光刻,否则一块晶元就毁了。
目前中国可以制造出这么优秀的光刻机透镜吗?
就在前几天,国家工信部公布了国产28纳米光刻机,可以用来制造14纳米的芯片,7纳米也能做,但是它的良品率就不高了。我国既然能造出极紫外光的光刻机,那么这个反射聚焦的镜子我们肯定也是做得出来的。
道理很简单,美国正在全世界、全产业链的封锁中国的半导体发展,外国的镜子我们是很难拿到的。这一台起码要几十个,而一个镜子的价格需要小几百万,这么大的国际交易款项,不会不被察觉。
网上有在该领域工作的人表示,中国的光刻机镜头落后世界差不多5~10年的时间。不要觉得很少,这差不多是落后一代了。
目前世界上生产这个最好的国家是德国的蔡司,这家公司在光学器件领域是第一,它是ASML公司唯一的镜头供应商,可以这么说,没有蔡司那么就不会有荷兰的ASML。
蔡司这家公司已经有100多年的历史,早年只要与光学镜头相关的领域,它做的都是最好的,也为纳粹德国制造过各种瞄准镜。1968年开始涉足光刻机镜头,而这个时期世界半导体才刚刚起步。
其实ASML这家公司的光刻机零部件也不是全部自己制造的,它更像是一个组装工厂。一台先进的EUV光刻机,至少有10万个零部件,阿斯麦在世界各地采购,所以这个世界上没有哪个国家敢说自己的光刻机是百分百国产的,美国更没有这个资格。互联网上狂吹的台积电,其实如果没有阿斯麦光刻机的供应,工厂会立马停工,断了光刻机他们一个晶圆片也刻不出来,也包括美国的英特尔。
中国自己搞光刻机完全是逼不得已,别的国家可以买,就我们不能?
好在传统的半导体芯片已经走到头了,摩尔定律也不适用了,芯片行业当下发展势头很缓慢,外国所谓的5纳米3纳米都是重复套刻出来的。另外,外国很多公司修改了集成度的评判标准,玩的其实是文字游戏。
我们还有时间追赶,光刻机还是太复杂了,这样的一台机器,很明显在未来是会被淘汰的。不过蔡司的光学镜头制造永远都有市场,毕竟这家公司涉及的领域太多了,比如高性能的摄像机镜头,索尼和它相比就是弟弟。