什么是光刻机和蚀刻机?光刻机和蚀刻机是生产芯片的两个重要机器,一个是灵魂,一个是精神。这两款机器具体有什么功能?
最简单的解释就是:光刻机将电路图投影到覆盖有光刻胶的硅片上,蚀刻机将多余的电路图蚀刻在刚涂好的硅片上。看起来不难,但有个形象的比喻。每个芯片上的电路结构都被放大了无数倍,比北京的整个电路图还要复杂。这就是光刻和刻蚀的难点。两者的加工精度都是头发直径的千分之一到万分之一。一个16nm的CPU,处理规模是普通人头发的五千分之一,处理精度和重复性要达到五万分之一,更不用说更先进的10nm和7nm的CPU了。
国内光刻机水平目前国内生产光刻机最先进的企业是上海微电子装备(集团)有限公司,是一家国资背景的企业(前两大股东都是国企)。成立于2002年,至今已有17年历史,实现了中国光刻机从无到有的发展。
光刻机自问世以来已经经历了五代的发展。现在,全球最新的光刻机制造商是荷兰的ASML (ASML),已经可以量产第五代EVU的7nm工艺。上海微电子虽然发展很快,但目前在光刻机方面只做到了4代ArF的90nm工艺,还不能量产。就大规模生产能力而言,这需要近20年的时间;就RD产能而言,这需要10年的时间。所以中国的光刻机水平还远远落后于世界领先水平。
中国蚀刻机水平中国蚀刻机生产水平最高的企业是中美半导体设备(上海)有限公司(这个企业也是国企,前两个股东也是国企,所以有人说中国光刻机的发展是因为国企,这是不对的。中美半导体也可以说是国企,但是蚀刻机的技术水平是世界领先水平)。
中威的发展离不开以尹志耀为代表的数十位海外技术专家。据央视财经2017年报道,尹志耀曾担任应用材料副总裁(应用材料是半导体设备制造商的龙头),参与领导了几代等离子刻蚀设备的研发,在美国工作期间持有86项专利。
2004年,尹志耀和他的团队决定回到中国,不再为外国人制作婚纱。在他们回国之际,所有的技术专家都承诺不会把美国公司的技术,包括设计图纸和工艺流程带回中国。美国还对回国人员持有的600多万份文件和所有个人电脑进行了彻底清查。
2004年回来后,国家牵头成立了中微半导体公司,尹志耀等人重新投入蚀刻机的研发,仅用了三年时间就做出了世界领先的高性能蚀刻机。为此美国人接受不了,状告中国微半导体专利侵权,但最终核实结果是没有侵权。(这就是SMIC发展得比上海微电子快的原因。毕竟,上海微电子的人才从来没有在荷兰的ASML工作过。也许正因为如此,ASML现在被禁止在美国招聘中国员工)。
随着微型半导体的兴起,2015年,美国商务部工业安全局也专门发布公告。认识到中国可以制造具有国际竞争力的等离子蚀刻机,它决定将等离子蚀刻机从美国对中国的控制名单中删除。所以在蚀刻机领域,我们已经处于世界领先水平。