一场“国产光刻机”的奇葩说

发布时间:2022-12-29  

关于“中国研制成功世界首台分辨力最高紫外超分辨光刻装备”的新闻已经过去好几天了,新闻的热度与这天气一样,慢慢转凉。笔者拥有多年研究新媒体标题的经验,一看这个标题,顿觉“妙哉”。从第一个词开始,处处都透露着高点击量元素,成就了互联网上一出热闹非凡的奇葩说。

没错!这里的奇葩说就是综艺节目“奇葩说”。据说,“奇葩说”拥有中国顶尖辩手,正反观点都有颠覆你原本价值观的冲击力。笔者一直在想,如果奇葩说来一次“国产超分辨力光刻机到底牛不牛”的辩题,那到底会是怎样的场景和结局.

辩题背景:中科院光电所超分辨光刻装备项目组经过近7年艰苦攻关,突破了多项关键技术,完成国际上首台分辨力最高的紫外超分辨光刻装备研制,其采用365纳米波长光源,单次曝光最高线宽分辨力达到22纳米,结合多重曝光技术后,可用于制造10纳米级别的芯片。


主持人:“这件事想必大家都已经听说,关于中国半导体发展行情来看,设备领域绝对是一块让人揪心的地方。在今年的2018中国集成电路创新应用高峰论坛上,SEMI中国区总裁居龙给出了一张去年全球前10的IC设备厂商排名,且营收增长惊人,但是排名中无一中国厂商,并且中国本土厂商的半导体设备只占全球市场份额的1~2%。显然,此次国产超分辨力光刻机的诞生让人们闻之便可颅内高潮。



与此同时,有不少业内人士直呼“吹牛”,对技术和非技术方面提出了很多质疑,但真牛还是假牛?一切都不好说,先请现场100名半导体业内人士做出投票。


我们可以看出,选择“假牛”的有95票,相信“真牛”的仅仅只有5票。怎么说呢?看来你们半导体业内人士真的无情。宁可信其无、不可信其有。废话不多说,我们进入辩论环节。


正方一辩:作为正方一辩,看到这样的初始投票结果,我顿觉压力山大。既然在座的都是业内人士,为什么就不能相信国产技术呢?验收专家组都说了:‘该光刻机在365纳米光源波长下,单次曝光最高线宽分辨力达到22纳米。项目在原理上突破分辨力衍射极限,建立了一条高分辨、大面积的纳米光刻装备研发新路线,绕过国外相关知识产权壁垒。’这里面有人挑出刺吗?


再者,难道大家不相信中科院光电所的实力?在1970年,该所就建立了,是中国科学院在西南地区规模最大的研究所。建所以来,光电所在自适应光学、光束控制、微纳光学等领域取得了多项重大成就,先后取得包括国家科技进步特等奖在内的540余项科技成果,申请专利900余件,授权专利470余件,发表论文4500余篇,在2016和2017年度连续两年荣获国家技术发明一等奖。这不是我吹牛,这是官网实打实的白纸黑字。


不服的,可以再搜一搜光电所研究员、项目副总设计师胡松的资料,实力还是值得肯定的。也许大家都习惯于‘国产设备落后’言论,就听不得‘站起来’的任何只言片语吗?于情于理,至少说明国内科研人员在不断的付出努力,我们取得一点成就不都能相信,那未来更高的成就,科研人员还有信心去努力吗?”


主持人:正方一辨在最后一段宣泄情绪的过程,拉了不少票数。从尴尬的5票变成了15票,不过目前情况依旧很危机,要从无情、冷酷的半导体业内人士面前拉票,难度真的很大。下面有请反方一辩。


反方一辩:主持人说的没错,我们业内人士是无情的,什么叫无情?就是只有真实的东西才能打动我,掀情绪是没有任何作用的,只能让人觉得你在尬吹。既然题目是‘真牛’还是‘假牛’?那我们要弄懂什么是牛?


目前来说,牛就是这件设备能彻底帮助国产芯片。而我们能靠此实现吗?显然暂时还不行。其实早在十几年前,国际上开始对表面等离子体(surface plasma,SP)光刻法感兴趣。中科院光电所从2003年开始研究,是较早出成果的一个团队。澎湃新闻采访了光电所的科学家杨勇,他表示,‘所谓SP,拿一块金属片和非金属片亲密接触,界面上有一些乱蹦的电子;光投影在金属上,这些电子就有序地震荡,产生波长几十纳米的电磁波,可用来光刻。但这种电磁波很弱,所以光刻胶得凑近了,才能刻出来。且加工精度与ASML的光刻机没法比。刻几十纳米级的芯片是没法用SP光刻机的,至少以现在的技术不能。’


所以想刻芯片,压根不成立,何谈打破垄断一说?TechSugar曾经采访过半导体设备的业内人士:‘ASML研发投入的资金非常巨大,一个型号的改进升级,所投入的钱就是我们研发投入的十倍。’本来就落后的IC设备业,在资本投入上有差距很大,想要谈突破、打破,有点痴心妄想了。


主持人:反方一辩果然实力强劲,从技术角度的分析的确打动了现场很多业内人士的心,本就不太乐观的正方,只剩下了1票。接下来该怎么办呢?


正方二辩:看来这次辩论,我们正方压力真的是大到了极致。那好,既然要说技术,我们就谈技术。


“365nm的光源,单次曝光线宽可达22nm”虽说22nm指标虽然很棒但是业界早就做过了,到底哪里厉害呢?所以关键是用365nm的光源单次曝光做到22nm,懂点光学的就知道这意味着什么:打破了传统的衍射极限。所以在我看来,这台机器最大的价值是验证了表面等离子体(SP)光刻加工的可行性。


这台SP光刻机与ASML光刻机对比怎么样呢?举个不恰当的例子吧,这就像是初期的枪械与最厉害的弓箭的对比。早期枪械,比如火铳,无论是射击精度还是射击距离都远远比不上厉害的弓箭,但是如今的狙击枪早已把弓箭甩开十万八千里了,这就是原理性的胜利。


在光刻方面,ASML这些年来主要的研究方向就是利用更短的波长(近紫外-深紫外-极紫外)、增大数值孔径(更复杂的物镜、液体浸没)。但是每进一步都变得更加艰难,对系统设计、加工装配、误差检测等等诸多方面都提出了更为苛刻的要求,成本也越来越高昂。而表面等离子体指的是一种局域在物质表面的特殊的电磁波,随着离开物质表面距离的增大迅速衰减,一般认为波长量级以上的区域就不存在了。


(来源见水印)


更为神奇的是,虽然表面等离子体波是由其他电磁波激发的,但是波长会被极大地压缩,而压缩的比例取决于材料的电磁性质等参数。


(来源见水印)


这就意味着,利用表面等离子体波进行光刻时,从原理上就不在受到传统衍射极限的限制了。


所以说,你觉得我们应该按照ASML的老路重新过一遍,还是另辟蹊径通过新原理弯道超车呢?


这里关于技术的分析,是一名在知乎上自称该课题组主导研发的人员,所说这位答主没有参与这个方向研发,但据他所说该项目从原理提出、项目立项到装备最终验收通过,前前后后有十几年的时间。难道就不值得我们尊敬吗?


主持人:嚯……厉害了,正方二辩一系列的回答直接把票数拉到了50票,看来业内人士很吃技术分析这一套。本以为没有任何希望的正方,现在与反方站到了同一分数上。现在局面就越发有意思,当然最后反方二辩的回答显得非常重要。不过,刚刚得知反方二辩要放弃自己的答辩机会,直接进入开杠环节,希望直接一锤定音。

看来这位选手是信心十足,在目前这种情况下选择开杠,是不是太鲁莽了一点呢?我们还是看开杠的结果,请正反二辩走到开杠台。

“你凭什么认为这次突破是吹牛呢?”

“本次辩题说的仅仅是真假牛叉,而想要真牛,却没有应用到芯片领域,何谈真牛?”

“真牛就是刚刚我提到的,并没有按照ASML老路在走,直接另辟蹊径,这是科研人员努力付出得到的结果。

“ASML从一开始诞生就有两个字围绕着它,那就是砸钱。而且为了推动EUV光刻技术的发展,英特尔、三星、台积电都向ASML投资了大量资金。如此金钱的加持下,国产怎么比?”

“此前也提到,中国本土厂商的半导体设备只占全球市场份额的1~2%,只要在设备业有突破就是真牛,至少获得了和欧美技术交换的基础。这一切都是良好的开端,这才是背后巨大的价值。”

“然而中国半导体的发展,并不是高调的宣传,而是冷静的发展,没有特别大的成果之前,最好保持低调,少谈牛叉。”

“正如你所说,我们需要低调,而让你觉得高调的仅仅是被众多媒体宣传蒙蔽了视野罢了,在中国科学院光电所的网站上,标题也仅仅是‘我国新一代超分辨光刻机通过验收’,一篇转自中国科学报的文章。其实既然没有得到大范围应用,宣传本就没有意义,而只是外界舆论扩大而已。”

“道理我都懂,但不能用在集成电路领域,怎么能说牛呢?”

“……”

主持人:时间到,双方辩手都做了很有力的陈词,但结果已经一目了然,反方以1票的优势赢得了这次比赛,我们恭喜反方的辩手们。

(备注:近日国产光刻设备的话题在网络争吵激烈,一个所谓的国产突破总是要经历这样的过程,先媒体放大,随后经过业内人士指正,最后不同立场的人给出各色想法。本期争论的结果并不重要,我们在知道真相之前,还是需要保持质疑的态度。)

文章来源于:21IC    原文链接
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