芯片制造被稱為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”,這條產(chǎn)業(yè)鏈冗長(zhǎng)又精密,從設(shè)計(jì)到封裝測(cè)試,每一步都藏著無數(shù)技術(shù)難點(diǎn)。而在最核心的制造環(huán)節(jié)里,大家熟知的光刻機(jī)是“主角”,但還有個(gè)“隱形功臣”同樣關(guān)鍵,光刻膠。沒有它,光刻機(jī)再先進(jìn)也沒法在硅片上“畫出”芯片圖形??删褪沁@么重要的材料,長(zhǎng)期被國(guó)外攥在手里,咱們一直被“卡脖子”。
光刻膠到底是啥?簡(jiǎn)單說,它就像一層“感光涂料”,被均勻涂在硅片表面后,光刻機(jī)會(huì)用特定波長(zhǎng)的光照射它,被照射的部分會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(就像照片曝光),原本的圖案就會(huì)“印”在硅片上,后續(xù)才能刻出電路。所以光刻膠的品質(zhì)直接決定了芯片的精度:品質(zhì)差一點(diǎn),電路線條就可能模糊、有缺陷,芯片性能會(huì)大打折扣,甚至直接報(bào)廢。
可這東西的話語權(quán),長(zhǎng)期不在咱們手里。日本企業(yè)是絕對(duì)的“霸主”——全球70%以上的光刻膠都來自日本,高端的ArF、EUV光刻膠更是被他們壟斷了90%以上。尤其是EUV光刻膠,能用來造7nm及以下的高端芯片,之前幾乎只有日本企業(yè)能生產(chǎn)。他們不光給臺(tái)積電、三星供貨,早年還曾用光刻膠“拿捏”過三星。一旦斷供,高端芯片生產(chǎn)線就得停擺。
這些年咱們對(duì)“卡脖子”的感受越來越深。美國(guó)對(duì)咱們芯片技術(shù)“脫鉤斷鏈”,日本也跟著在半導(dǎo)體材料、設(shè)備上動(dòng)手腳,曾一口氣禁運(yùn)幾十種半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)品。這讓咱們徹底明白:不管是光刻機(jī)還是光刻膠,指望別人肯定不行,必須自己搞出來。
可國(guó)產(chǎn)光刻膠的路并不好走。目前咱們能穩(wěn)定生產(chǎn)的,還停留在KrF光刻膠階段,對(duì)應(yīng)的是130nm到65nm的芯片工藝,用來造一些中低端芯片還行。更先進(jìn)的ArF光刻膠(能造65nm到14nm芯片)剛實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。至于EUV光刻膠,之前連能拿得出手的實(shí)驗(yàn)室成果都很少,這意味著在7nm以下的高端芯片領(lǐng)域,咱們連“入場(chǎng)券”都差點(diǎn)拿不到。
就在大家為高端光刻膠發(fā)愁的時(shí)候,清華大學(xué)突然宣布,化學(xué)系許華平教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種新型EUV光刻膠,用的是一種叫“聚碲氧烷(PTeO)”的材料。這東西厲害在哪?
別被“聚碲氧烷”這個(gè)名字嚇住,簡(jiǎn)單說,它的優(yōu)勢(shì)就三個(gè):“吸光強(qiáng)、反應(yīng)快、缺陷少”?,F(xiàn)在日本企業(yè)用的EUV光刻膠,在吸收EUV光線時(shí)效率不算太高,有時(shí)候需要反復(fù)照射才能形成清晰圖案,容易產(chǎn)生缺陷;而這種新型光刻膠對(duì)EUV光線的吸收效率更高,光線一照就能快速反應(yīng),形成的圖案邊緣更清晰,缺陷率也低得多。
這意味著它能支撐更精密的芯片制造,目前日本的EUV光刻膠能滿足3nm芯片量產(chǎn),而清華團(tuán)隊(duì)這種新材料的效果更理想,未來完全能用于3nm、2nm甚至更先進(jìn)的芯片制造。
這個(gè)成果不是“實(shí)驗(yàn)室自嗨”,相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《科學(xué)進(jìn)展》上,還得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持,技術(shù)可靠性是有依據(jù)的。
看到這可能有人會(huì)問:咱們現(xiàn)在還沒有能量產(chǎn)的EUV光刻機(jī),為啥要先搞EUV光刻膠?這不是“超前消費(fèi)”嗎?
其實(shí)這正是咱們的“未雨綢繆”。高端芯片制造是個(gè)“系統(tǒng)工程”,光刻機(jī)和光刻膠就像“槍和子彈”,缺一不可?,F(xiàn)在國(guó)產(chǎn)EUV光刻機(jī)的研發(fā)也在推進(jìn),萬一哪天光刻機(jī)突破了,卻沒有配套的光刻膠,還是得依賴進(jìn)口,照樣會(huì)被卡住。提前在光刻膠上布局,就是為了等國(guó)產(chǎn)EUV光刻機(jī)落地時(shí),能“槍有子彈”,直接形成量產(chǎn)能力。
更重要的是,以前日本企業(yè)壟斷,價(jià)格、供貨節(jié)奏都由他們說了算,咱們只能被動(dòng)接受?,F(xiàn)在咱們有了自己的技術(shù),而且性能還更優(yōu),不僅能擺脫依賴,未來甚至可能在國(guó)際市場(chǎng)上擁有話語權(quán)——就像當(dāng)年日本靠光刻膠“拿捏”別人,以后咱們也能有底氣。
當(dāng)然,目前這個(gè)成果還在實(shí)驗(yàn)室階段,從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn),還有不少坎要過。比如怎么大規(guī)模生產(chǎn)出純度達(dá)標(biāo)的材料?怎么保證量產(chǎn)時(shí)的穩(wěn)定性?這些都需要企業(yè)接手后慢慢攻克。但至少,咱們?cè)谧詈诵牡募夹g(shù)原理上證明了“能行”,這已經(jīng)是巨大的進(jìn)步。
EUV光刻膠的突破只是一個(gè)開始。當(dāng)越來越多這樣的技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線,當(dāng)光刻機(jī)、光刻膠、靶材等材料設(shè)備都能自主供應(yīng),咱們的高端芯片制造自然會(huì)水到渠成。到那時(shí)候,3nm、2nm芯片不再是國(guó)外的“專屬”,咱們也能有自己的高端芯片產(chǎn)業(yè)鏈。
所以別著急,給技術(shù)一點(diǎn)時(shí)間,給科研人員一點(diǎn)耐心。畢竟,打破壟斷從來不是一蹴而就的事,但只要方向?qū)α?,就不怕路遠(yuǎn)。而清華這次的突破,已經(jīng)讓我們看到了“打破壟斷”的曙光。
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