俄自研EUV光刻机曝光:11.2nm光源,一小时处理60片晶圆,更便宜

以山爱科学 2024-12-22 05:08:29
导读:

十二月二十号,Cnews爆出了一则消息,俄罗斯科学院微结构物理研究所,对外宣布了一个计划。

计划是,开发一种全新的光刻机。

之所以是全新的光刻机,是因为使用了11.2纳米的镭射光源,而目前主流的光刻机是阿麦斯制定的13.5纳米镭射光源。

听起来也就是使用的光源波长发生了一点变动而已,这也叫全新?

其实光刻机的核心就是这些光源,利用光源发射的光,在晶体上雕刻纹路,从而制作芯片的。

所以光源的不同,就意味着制作出来的芯片是不一样的。

不过这样做虽然绕开了很多技术专利,但也带来了更为头疼的麻烦。

比如与全新光刻机制作出的芯片所匹配的光刻生态系统,就需要进行培养。

最简单的说,这种调整涉及到了所有光学元件,比如反射镜、涂层、光罩设计等等,甚至其他附属或者支援技术,也需要重新进行设计布局。

(注:与现在流行的EUV设备是不兼容的)

这绝对是一个庞大的计划,所以根据专家的估算,这个培养时间不会少于十年。

当然时间虽然长了一点,但总比卡脖子来的厉害,所以只要推行下去,还是非常值得期待的。

全新的光刻机使用了波长更为小的11.2nm,也让制作芯片时的解析度提升了20%,关键还简化了设计,降低了成本。

据说一个小时可以处理六十片十二英寸的晶体,这个数据相对于阿斯麦的光刻机少了不少,只有阿斯麦光刻机的37%的产能,只能应付一下小规模的晶片产能需求。

原因是使用的光源功率太小,只有3.6千瓦。

这也是当年阿斯麦为什么没有使用11.2nm波长光源的原因,毕竟生产商品的目的,就是为了赚取利润,单位时间内制造的芯片过少,会影响收益的。

但对于俄罗斯来说这点产能,还是可以接受的,最关键的是,可以绕开很多麻烦的专利和卡脖子的选项。

而且任何技术,随着不断的成熟和发展,原有的技术瓶颈,谁能知道会不会突破。

那么这次公布的消息中,还提到了开发全新光刻机的路线图,大体分为三个阶段。

首个阶段是对基础研究和关键技术的辨识。

这算是技术突破阶段,为芯片的制作,制定框架和设备清单,研发一些理论型的技术。

第二个阶段是制造一个小时处理六十片200mm晶圆的光刻机,并推动此款光刻机的生产线。

这个阶段属于实验验证阶段,制作原型机,整合各种技术等等。

第三个阶段,制造一个小时处理六十片300mm晶圆,且能够达到工业要求的光刻机。

这个阶段就属于产业化阶段。

如果整个计划推行的顺利,那么在2028年的时候,一批高精尖的光刻机将会实现全面投产。

乐观的估计,全新光刻机的效率还会比现在主流的阿斯麦光刻机还要高1.5倍到两倍。

当然对于俄罗斯公布的光刻机路线图,在国外也有冷嘲热讽的。

其实现在下结论,还为时尚早。

要知道,当初中国被美国限制的时候,中国提出制作国产光刻机受到的冷嘲热讽一点都不少,还比俄罗斯的更为激烈。

最著名的一句话,还是阿斯麦说的,就算是将光刻机的图纸放在中国的面前,中国也不会制作出光刻机来。

笑到最后的才是真英雄,如今他们已经笑不出来了,这脸打的,看着就痛快。

所以不要小看了任何一个下决心的人,更何况是一个国家。

为什么俄罗斯要自研光刻机呢?

其实这个答案很多人了然于胸,无非就三个字——卡脖子。

早在2013年的时候,俄罗斯的超级计算机制造商,就被美国给封禁了。

相信了解科学领域的人,都明白超级计算机代表着什么?

现在很多的技术,都需要超级计算机的运算,来解决一些关键性的数据处理问题。

这些数据庞大的,利用普通的手段,几年甚至是十几年都处理不了,而超级计算机就可以缩短这个时间,并给出一个合理化的答案。

所以这一次美国对俄罗斯的封禁,很麻烦。

于是俄罗斯为了摆脱美国相关技术的封禁,做了一些应对,比如面对X86平台的依赖,就开始对MIPS和ARM架构进行开发。

为此还成立了专注处理器研发的公司。

不过想象是很美好的,落到了实处,就有些骨干了。

因为上个世纪的时候,苏联虽然科技很发达,但在半导体之路上走错了方向,走电子管路线,导致自身的芯片制造能力和美国差了一大截。

以至于目前俄罗斯的芯片制造能力,也受到了一定程度上的限制,那么这家组建的处理器研发公司所设计的产品,也只能依靠台积电来完成。

说道这里,就能预知这个环节的疏漏绝对是致命的。

现实也是如此,到了2021年的时候,美国对俄罗斯发起了又一轮的制裁,其中就包括这家处理器研发公司的产品,最终导致俄罗斯芯片生产计划受阻。

那么原计划,要在2022年和2023年实施量产芯片的想法,落空了。

这还不是最糟糕的,最糟糕的问题是,之前生产的芯片,也因为这次的制裁而没有办法交付给俄罗斯使用。

这就是借他人的手,做自己的事,出现的严重后果。

面对这种局面,这家处理器研发公司,在2023年的时候,宣布破产,而俄罗斯面对的是,芯片计划的夭折。

说道这里,估计会产生一个想法,俄罗斯的芯片制作技术非常的落后。

其实这个想法是错误。

早在上个世纪七十年代的时候,苏联就已然掌握了EUV照相光刻技术。

后来苏联解体,但在EUV技术上深耕的俄罗斯科学家们,并没有放弃这项技术,而是在不断的推进。

以至于EUV光刻机上很多关键性的技术,都是这些科学家创造出来的。

比如EUV光刻机上的三大核心技术——光源、投影物镜、工件台。

而光源的先进技术,就掌握在俄罗斯这些科学家的手里。

这也是为什么,今年十二月份俄罗斯公布的光刻机计划,使用了11.2纳米而不是主流的13.5纳米的关键原因。

所以国际上关于光源的研究,除了德国和日本之外,还有就是俄罗斯的。

要知道荷兰的阿斯麦在研究EUV光刻机的时候,使用的光源就是俄罗斯的技术。

比如早期研究的理论就来自于俄罗斯的科学院,研发时候使用的光学零件大多数都是俄罗斯提供的。

就算是到了现在,俄罗斯虽然被美国制裁,但阿斯麦还是和俄罗斯科学院的光谱学研究所有着深度的合作。

所以到现在阿斯麦在EUV光源产品上,是离不开俄罗斯的。

甚至是台积电和因特尔都没有这个能力。

这也是为什么,上文提到的俄罗斯创建的处理器研发公司,敢将产品让台积电复杂生产的一个原因。

只是没想到,在面对美国的制裁,俄罗斯的威慑力差了一些。

说到这里,不免产生一个问题。

既然俄罗斯在EUV光源的核心技术上,有着先天的优势,那么为什么不早早的对光刻机进行布局呢?

这个问题,就涉及到了科研成果和技术产业化的关系了。

科研成果属于实验室里的产物,而技术产业化,是将实验室里的产物实现工业化。

俄罗斯在实验室里技术斐然,但技术产业化就不怎么样了,所以很多技术就停留在了基础研究和样品试制的水平上。

所以想要将理论落实到产业,这条路还是很长的。

举个例子,在2010年的时候,阿斯麦将首台预生产的EUV光刻机出货了,而当时俄罗斯的一个物理研究所,也正在研发EUV光刻机的系统和原件,甚至已经搭建出了原型。

结果这个原型,还没等到走出实验室,在布局阶段就没了。

那么是什么原因导致了这个结局呢?

光刻机毕竟是有一定难度的,以阿斯麦的光刻机为例,集合了很多国家的技术,那么在时间成本上就比单独一个国家要快。

(注:阿斯麦七纳米制程,内部90%关键零件来自其他国家,超过五千个供应商为其提供零部件,比如镜头是德国的,复合材料是日本的,电源和控制软件来自美国。)

而俄罗斯虽然有一定的核心技术优势,毕竟并不全面,那么就需要来自其他国家的技术支持。

但西方国家对俄罗斯的技术禁运和制裁,可一点都不少,这就加重了俄罗斯的负担。

所以俄罗斯的光刻机遇到的困难也是很多的。

再加上俄罗斯没能坚持下去,就没能让原型机走出实验室。

这次失败,并没有挫了锐气,反而激起了俄罗斯的斗志。

今年十二月份公布的计划,俄罗斯首期投资就有六亿七千万卢布,直接挑战最先进的EUV光刻机。

其实早在2022年的时候,俄罗斯科学院的诺夫哥罗德应用物理研究所,就宣布过,他们正在开发俄罗斯首套半导体光刻设备,并宣布在2028年就可以投产。

这个计划到了2024年的五月份,俄罗斯的联邦工业和贸易部就证实了,计划中可以制作350nm的芯片光刻机,已经组装并进行测试了。

(注:350那么工艺,已经可以在汽车,能源和电信行业中发挥作用了。)

虽然离2028年的标准还差了一大截,但这算是俄罗斯在芯片制造领域中的实质性突破。

别看350nm这个制程很大,放在世界上是1995年的产品,但很多东西从零开始很难,可一旦跨入一的门槛,就会简单许多了。

关键,解决了一些不需要高精尖制程的芯片需求,要知道在未来相当长的一段时间里,六十五纳米到三百五十纳米的制程,才是世界的主流,占据市场的60%。

不管怎么说,这次俄罗斯下了决心了,比如俄罗斯科学院为了这次项目顺利推进,还提供了一百亿卢布的信贷支持。

还有一个信息,预计制作出来的设备成本会非常的低,比如无掩膜光刻设备成本为五百万卢布,也就是三十六万六千元;另一种设备没有公开,但相信价格也不会太高。

而对比阿斯麦的DUV价格,是八千万美元,合计五亿八千万元;而EUV的价格已经高到了一个离谱的境地,一亿九千万美元,合计十二亿元。

所以这次的事情,是俄罗斯在高端半导体领域迈出的重要一步。

而阿斯麦的独门生意,在可以预期的未来,将不复存在。

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