制造EUV光刻机真的比制造原子弹要难吗？

华为制裁事件与欧美的阴谋

大家都知道“华为制裁事件”，美国指示其走狗加拿大，逮捕孟晚舟女士，并且断供华为芯片。

华为被制裁不是一朝一夕的了，而是欧美有预谋的扼杀中国高新技术产业的一个计划。1965年，当时光刻巨头ASML尚未诞生，日本一些芯片巨头刚刚进入这一领域。我国与欧洲和美国基本处于同一水平。我国自主开发了第一块芯片，我国科学院开发了第一台65触点光刻机。1978年，美国GCA公司推出了世界上第一台精度约为3微米的商用光刻机。两年后，清华大学也成功研制出了同样精度的光刻机。可以看出,在80年代,我国芯片领域的技术水平仍处于国际前列。然而，当我国的芯片技术在20世纪80年代燃起星星之火时，欧美国家放松了技术封锁，廉价美观的外国产品涌入市场，“买胜于做”的想法开始流行。包括光刻机在内的许多新兴民族产业被扼杀在摇篮中，我国自主芯片研发的道路逐渐衰落……

一颗CPU的制作过程

用沙子制作CPU为什么那么困难，廉价的沙子制作出来的CPU为什么那么贵？接下来看一下一颗CPU的制作过程。

1.当然，第一件事是选择一块硅片。

芯片要求很奇怪，它需要建立在沙子上，也就是我们知道的CPU是由沙子制成的。然而，芯片不能直接建在沙子上，所以沙子需要特殊处理。这种处理是通过一系列的提纯和切割获得切屑基圆晶体的过程。晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。

2.光刻胶

图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。

3.光刻

就单项技术工艺来说，光刻工艺环节是最为复杂的，成本最为高昂的。因为光刻模板、透镜、光源共同决定了“印”在光刻胶上晶体管的尺寸大小。

将涂好光刻胶的晶圆放入步进重复曝光机的曝光装置中进行掩模图形的“复制”。掩模中有预先设计好的电路图案，紫外线透过掩模经过特制透镜折射后，在光刻胶层上形成掩模中的电路图案。一般来说在晶圆上得到的电路图案是掩模上的图案1/10、1/5、1/4，因此步进重复曝光机也称为“缩小投影曝光装置”。

一块晶圆上可以切割出数百个处理器，不过从这里开始把视野缩小到其中一个上，展示如何制作晶体管等部件。晶体管相当于开关，控制着电流的方向。晶体管及其微小，一个针头上就能放下大约3000万个。

溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩模上的一致。然后光刻，并洗掉曝光的部分。

离子注入：在真空系统中，用经过加速，并掺杂原子的离子照射固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅的导电性。经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过30万千米每小时。

离子注入完成后，光刻胶也被清除，而注入区域(绿色部分)也已注入了不同的原子。这时候的绿色和之前已经有所不同。

至此，晶体管的制造已经基本完成。然后在绝缘层(红色部分)上蚀刻出三个孔洞，并填充上铜，以便和其它晶体管互连。

电镀铜层：在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀到晶体管上。电镀完成后，沉积在晶圆表面的铜离子形成一个薄薄的铜层。

抛光：将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。

磨光后的晶圆表面下显露出金属层，铜离子金属层属于晶体管级别，大约500纳米。金属层在不同晶体管之间形成复合互连金属层，尽管芯片表面看起来异常平滑，但事实上包含20多层复杂的电路，形如未来世界的多层高速公路系统。

进行晶圆测试：使用参考电路图案和每一块芯片进行功能性测试，然后丢弃瑕疵内核。

将晶圆切割成块，尺寸300毫米/12英寸，每一块就是一个处理器的内核(Die)。

为什么cpu制程工艺非要追求7nm、5nm甚至2nm，为何要追求这么小

让我们来看看高端芯片技术的好处，否则它就像在纸上说话。14nm、7Nm和5nm工艺究竟意味着什么？在整个芯片电路中，晶体管的栅极是最窄的线。如果栅极为14nm，则表明使用了14nm工艺。类似地，7Nm和5nm工艺指的是不同规格的门。工艺越先进，同一区域的芯片中可容纳的晶体管就越多，从而提高性能（许多人认为，苹果A系列处理器优于其他制造商处理器的原因是，苹果A系列处理器不需要集成基带芯片，而且在同一计算区域中有更多的晶体管）。工艺越先进，所需的电压和电流越小，加热能力必然同步降低，即工艺的改进必然降低功耗。

加之销售商们对性能的吹捧，让消费者对高性能新技术无限狂热，所以每当高新技术出现时，落后的技术就会被淘汰，同样一个企业没有技术创新，就会被时代所淘汰。

光刻机为什么那么难造

随着科技的发展，现代高端手机芯片中有100多亿个晶体管，举例来说华为5nm工艺中麒麟1020芯片的密度高达每平方毫米1.7亿个。这种加工精度决定了光刻机是半导体制造工艺中技术含量最高的设备，涉及到紫外光源、光学透镜、精密运动、环境控制等多项世界顶级科技成果的应用。

光刻机被誉为现代半导体工业皇冠上的明珠。现在，一台EUV光刻机的配件多达100000件，价格高达1.2亿美元。目前，荷兰ASML是全球最大的光刻市场，占全球高端光刻市场份额的89%，其余被尼康和日本佳能瓜分。7纳米以下的EUV光刻市场完全被ASMA垄断，淘汰了尼康和佳能等竞争对手。

环顾世界，有许多国家可以制造原子弹，但目前唯一可以制造的高端EUV光刻机是荷兰的asmai公司。一方面，拥有10万件配件的EUV光刻机汇集了世界顶尖技术，这是一个国家的技术后备力量无法独立实现的。另一方面，毕竟，光刻机只是一种生产工具。与原子弹不同的是，它可以由整个国家的力量不计成本制造。光刻机只是芯片制造的一个环节，需要上下游产业链的支撑。

目前，ASML已成为全球唯一具备EUV光刻机生产能力的制造商。以波长为13.5nm的极紫外光为光源，可实现7nm以下工艺的芯片。目前，苹果、华为等旗舰手机的5nm工艺芯片均由ASMA EUV光刻机生产。尼康和佳能只能看着EUV，面对技术壁垒和巨大的开发投资而叹息。他们起得很早，错过了比赛。

那么谁卖的是阿斯迈公司生产的EUV光刻机呢？数据显示，2019年，该公司生产了26台EUV光刻机，其中一半卖给台积电，另一半卖给英特尔和三星等客户。中芯国际，一家国内半导体OEM企业，曾花费1.2亿美元订购一台。它还没有交付！

《瓦森纳协定》又称瓦森纳安排机制，全称为《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳安排》，目前共有包括美国、日本、英国、俄罗斯等40个成员国（注：没有中国）。尽管“瓦森纳安排”规定成员国自行决定是否发放敏感产品和技术的出口许可证，并在自愿基础上向“安排”其他成员国通报有关信息。但“安排”实际上完全受美国控制。当“瓦森纳安排” 某一国家拟向中国出口某项高技术时，美国甚至直接出面干涉，如捷克拟向中国出口“无源雷达设备”时，美便向捷克施加压力，迫使捷克停止这项交易。

我国光刻机的发展

作为国内光刻设备的龙头企业，上海微电子装备(SMEE)目前最先进的光刻设备也只能提供最高90mn的工艺技术。单从指标上看，基本也和ASML的低端产品PAS5500系列属于同一档次。此外还有合肥芯硕半导体、无锡影速半导体等企业，目前也只能提供最高200mn的工艺技术。

目前国家也在针对光刻机领域进行重点突破。中国16个重大专项中的02专项，就提出光刻机到2020年研发出22nm。2015年出45nm的并且65nm的产业化。45nm是目前主流的光刻机工艺，包括32nm的还有28nm基本都是在45nm的侵入深紫外光刻机上面改进升级来的。所以中国掌握45nm的很重要。45nm光刻机是一个很重要的台阶，达到这个水平后，在45nm光刻机上面进行物镜和偏振光升级可以达到32nm。

另外，用于光刻机的固态深紫外光源也在研发，我国的光刻机研发是并行研发的，22nm光刻机用到的技术也在研发，用在45nm的升级上面。还有电子束直写光刻机，纳米压印设备，极紫外光刻机技术也在研发。对光刻胶升级，对折射液升级，并且利用套刻方法可以达到22nm到14nm甚至10nm的水平。相应的升级的用的光刻胶，第3代折射液等也在相应的研发中。

最近中科院发布了报道，其中提到了一种新型5nm超高精度激光光刻加工方法，能够提升5nm工艺制程，能够提升手机的工艺制程，但是它并非是真的对光刻机产生影响，它更多的是理论方面的研究。

“在解决‘卡脖子’问题方面，科学院已经有一些部署。”在2020年9月16日的国新办发布会上，中国科学院院长白春礼介绍了中科院“率先行动”第一阶段实施进展情况。

“未来十年我们还会针对一些‘卡脖子’的关键问题做一些新的部署。”白春礼具体谈到。一是继续研发自己的超算系统，超算目前已经应用到气象预报、分子设计、药物研发、大气预报等，还可以用到基础性的研究、宇宙学研究等。二是很多关键材料和关键核心技术还需要进口，比如航空轮胎、轴承钢、光刻机等。

期待未来我国能够赶上世界先进水平！实现弯道超车或者换道超车！！！