前几天,哈工大赵永蓬教授团队宣布成功研发出13.5纳米的极紫外光源,打破了国际技术封锁的一角。
极紫外光刻机对于芯片突破有多重要?我国未来的芯片产业该如何破局呢?
哈工大13.5纳米极紫外光源
所谓极紫外光是指波长在13.5纳米的极端紫外线,它比传统紫外线更短,因而可以实现更高的光刻分辨率。
一旦提高了光刻分辨率,芯片上可以容纳的晶体管数量就会成倍增加,从而推动芯片性能的大幅跃升。
只不过要产生这种波长的光且保证它的亮度和稳定性,难度相当大,国际上也仅有少数几家公司和科研机构具备这一能力,这也正是极紫外光刻机长期被垄断的关键原因。
赵永蓬教授团队的突破是通过放电等离子体技术实现的,通过高压电场作用让气体电离产生等离子体,进而发出极紫外光。
虽然听上去没那么复杂但其中的技术难点可不是一般的多,团队不仅要解决光源的产生问题,还必须确保其亮度足够高、稳定性足够强,能满足光刻工艺的严格需求。
经过数年攻关,赵永蓬教授的团队终于攻克了这些技术难题,在光刻光源领域取得了里程碑式的突破。
项目突破之后,黑龙江省高校与科研院所职工科技创新成果转化大赛中获得一等奖,充分展示了其在我国光刻技术领域的潜力。
光刻机被称为芯片制造的“心脏”,它在我国高端制造业中一直是块难啃的骨头,ASML公司几乎一手垄断了全球市场的高端光刻机,极紫外光刻机的供应更是全在其掌控之下。
所以我国之前一直处于十分被动的局面,此次哈工大的突破让我国在这一领域的技术追赶真真正正的迈出了关键一步。
这项突破还标志着我国在光刻机核心部件自主研发上取得了长足进展。
过去我国光刻机零部件大多依赖进口,虽然已经在2024年实现了国产光刻机90%零件自产并出口,但剩余的10%可是其中的核心配件,最为核心的光源技术上我们也依然受制于人。
赵永蓬团队的成功不仅打破了这一垄断,还为国产光刻机的全面自主化提供了新的希望。
国产光刻机的突破之路
极紫外光刻机是目前世界上最先进的芯片制造设备,在芯片制造的过程中,光刻机扮演的角色就好比拍照时的相机。它通过使用光线把设计好的电路图案精准地“拍”到硅片上。EUV光刻机所使用的极紫外光,由于波长极短,所以能刻画出更小的芯片特征尺寸,因而成了制造7纳米及以下先进制程芯片的必备工具。
光源是EUV光刻机的三大关键技术之一,另外两个则是高精度物镜系统和精密仪器制造技术。赵永蓬团队的突破让我们不仅在解决光源问题上看到了曙光,也为国产光刻机的整体开发扫清了一大障碍。
但我们要清晰的认识到,虽然现在已经解决了光源问题,但这仅仅是迈向EUV光刻机全面自主化的第一步。
要真正攻克这项技术还有很长的路要走,接下来要攻关的难点在于如何提升光源的稳定性、提高能量利用效率以及优化光线引导技术。
此外高精度的物镜系统和双工作台技术也是横亘在我们面前的难关,仍需我国的科研人员持续攻关寻找突破口。
从产业发展来看,这一突破对我国光刻机行业的影响将是深远的。过去由于缺乏自主光源技术,我们在进口高端光刻机时总是受制于人,无法拿到最尖端的设备。
现在随着国产光源的成功研制,我们不仅增强了在国际市场上的话语权,也加速了光刻机全面自主化的进程。
这项突破对完善我国整个芯片产业链也具有重要意义,光刻机作为芯片制造的“心脏”,其自主可控将直接带动芯片产业的全面升级。
尽管目前我国在成熟制程芯片的生产上已有显著进步,但在高端芯片领域与国际一流水平还有不小的差距。
光刻机技术的突破将激活我们生产更小纳米级芯片的能力,使我国在高端芯片制造的竞争中掌握更多主动权。
2025中国芯片破局
哈工大的突破算是给2025年开了个好头,我国芯片产业的崛起已经指日可待了!
那2025年我国芯片产业要如何走呢?
2024年美国的管制措施逐步收紧,压力不断增大,现在回头来看,虽然年初前十个月风平浪静,其实也是目标明确,规则变得愈发细致和严格。
12月2日新一轮法规发布更是让管控强度瞬间达到年度顶峰,整个行业感受到了强烈的冲击。
在这艰难的局面下,中国半导体行业没有选择退让,反而凝聚起了强大的力量进行反击。
各个行业协会迅速成了支撑产业的坚强后柱,12月3日,中国互联网协会、中国汽车工业协会、中国通信企业协会以及中国半导体行业协会联合起来向国内企业发出谨慎采购美国芯片的呼吁。
虽然这四大协会不能百分百代表每家企业的个体意见,但它们的联合倡议却对下游用户产生了直接影响。
这种团结的行动唤起了整个行业的集体意识,让大家能够目标一致、齐心协力,共同面对眼前的困境。
如今业内已经达成了共识:不能再有不切实际的幻想,只有依靠自己的力量谋发展,才是走出困境的正确道路。
特别是在特朗普2.0时代即将到来之际,美国推动科技产业与中国“脱钩”的步伐越来越快,所以我们加快自主研发、实现产业自立自强已成为中国半导体行业不可争议的方向。
回顾过去两年,国内半导体产业多方面发力。一方面全力支持国产供应链,夯实产业基础,为自主创新提供保障;另一方面积极与欧美企业进行深度谈判,推动他们在华开展本地化生产和服务,扩大合作范围,实现双赢。
国内晶圆厂也已经未雨绸缪,实施了“战略性储备”策略,这些前瞻性举措缓解了短期内可能出现的断供危机,为产业发展争取了宝贵的时间。
虽然海外一些厂家已经认识到我国市场的重要性,不可能完全跟随美国的指挥棒,但我们还是不得不防。
自2021年起,ASML就意识到了中国市场的重要性,在我国设立了维修中心,开始全面本地化布局。
到目前为止,ASML在中国建立了包括16个办事处、15个仓储物流中心、3个开发中心和1个培训中心的庞大服务网络。
中国国产芯片企业必须清楚,想要站稳脚跟就得先把自己练强,只有把基础打牢才能在困境中找到解决办法。
随着美国不断更新出口限制,很多国内企业已经在高压环境下逐渐成长起来,慢慢适应了这些严峻的挑战,这也体现了中国芯片行业顽强的韧性。
所以我们在2025年要做的是,继续推进大规模的国产替代潮,实现绝大多数配件的国产替代。
从积极的角度来看,虽然禁令带来的设备、材料供应缺口,但却为国内企业提供了一片新的市场蓝海。
不过半导体设备行业高度细分,技术门槛极高,从研发到投产需要上下游企业的紧密配合,单纯的低价竞争策略在这条赛道上是行不通的。
随着市场需求的不断扩大,技术要求也越来越高,国产半导体设备只有脚踏实地,逐步打磨好每一个细节,才能在激烈的市场竞争中站稳脚跟。
晶圆制造国产化就像一场全面发展的考试,任何一科都不能偏废,光刻机虽然是其中备受关注的关键一环,但刻蚀、沉积、显影、清洗、封测等环节在国产替代过程中同样重要,每一个环节都需要付出艰辛的努力。
光刻技术虽然关键,但不能把它的作用绝对化,在整个半导体产业中还有很多其他环节同样重要。
随着先进制程逐渐向更复杂的立体结构发展,刻蚀、薄膜沉积这些步骤对芯片性能的影响变得越来越显著,它们的技术含量正变得愈发重要,不能再被忽视。
所以我们还是要继续发挥国产半导体成熟制程的优势,毕竟如果一味追求光刻节点的突破,忽视良率和成本因素,最终只会陷入良率低、成本高的困境,得不偿失。
研发芯片技术可不是请客吃饭,先进制程每前进一小步,所需的资金就像滚雪球一样急剧增加。
台积电2nm晶圆的价格几乎是5nm的两倍,而且从2025年1月起,台积电还将对3nm、5nm和CoWoS工艺上调价格,这再次凸显了先进制程的高昂成本门槛。
对于仍在努力追赶的国产设备厂商来说,想要在短期内实现对7nm、5nm乃至3nm先进制程的全面设备替代,几乎是一项难以完成的任务,困难重重。
所以28nm及以上的成熟制程才是国产半导体产业2025年的重点突破方向!
结尾
总之一句话,高端设备要搞,成熟制程也绝不能拉下,要在巩固现有市场的前提下,继续向高精尖进发!
今天我国的芯片产业正处在从追赶到超越的关键节点,在这场没有硝烟的科技战场上,没有任何捷径可走。
唯有通过不断的技术突破、产业链整合、人才培养和市场开拓,才能真正实现自主可控的芯片梦。
参考资料:
光刻机巨头ASML:在合规合法情况下,持续为中国客户提供服务和支持 观察者网 2024-11-06
国产光刻胶的关键战场,在这里 观察者网 2025-01-07
哈工大两项目获黑龙江省高校和科研院所职工科技创新成果转化大赛一等奖 2024-12-30 新闻网