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中科院5nm激光光刻彎道超車?95后本科生DIY納米級光刻機？背后的真實情況

時間：2020-07-13 10:45:46

關(guān)鍵字： 5nm 光刻機納米級

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[導(dǎo)讀]資料來源：知乎、大數(shù)據(jù)文摘、傳感器技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)智庫，整理發(fā)布，轉(zhuǎn)載請注明來源和出處。導(dǎo)? 讀中國苦“芯”久矣！中國慕“光刻機”亦久矣！如果我們真的在核心技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進展，那確實值得大書特書，大力報道；但如果夸大其實，自我高潮，那只能

資料來源：知乎、大數(shù)據(jù)文摘、傳感器技術(shù)等

物聯(lián)網(wǎng)智庫，整理發(fā)布， 轉(zhuǎn)載請注明來源和出處。

導(dǎo) 讀

中國苦“芯”久矣！中國慕“光刻機”亦久矣！如果我們真的在核心技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進展，那確實值得大書特書，大力報道；但如果夸大其實，自我高潮，那只能是誤導(dǎo)群眾，貽笑大方。

面對美帝的接連制裁和打壓，許多科技圈從業(yè)者現(xiàn)實中還沒被魚刺卡過喉嚨，卻已在精神上飽嘗如鯁在喉的痛苦。

在眾多“魚刺”中，芯片無疑是扎得最深的那一根，而光刻機則是阻隔這根刺頭被拔出的主要障礙之一。

在媒體的狂轟亂炸之下，即使從事的是和芯片八竿子打不著邊兒的行業(yè)，恐怕也會對光刻機略知一二。簡單來說，半導(dǎo)體芯片制造分為 IC 設(shè)計、 IC 制造、 IC 封測三大環(huán)節(jié)，光刻作為 IC 制造的核心環(huán)節(jié)，其工作原理可以被理解為“蘿卜雕花”，只不過是在硅片上雕，主要作用是將掩模版上的芯片電路圖轉(zhuǎn)移到硅片上。由于光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平，光刻成為 IC 制造中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的工藝步驟，光刻的核心設(shè)備——光刻機更是被譽為半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠。

“得不到的永遠(yuǎn)在騷動”，因為太過渴望，和光刻機有關(guān)的任何風(fēng)吹草動往往都會成為大新聞。就在前幾天，有2則和光刻相關(guān)的消息呈現(xiàn)刷屏之勢：其一是“中科院發(fā)布5nm激光光刻技術(shù)”，被部分媒體解讀為“中國芯取得歷史性突破”、“荷蘭ASML將被我們?nèi)〈ˋSML笑笑表示不說話）”；其二是“95后本科生低成本DIY納米級光刻機”，該名學(xué)生則被冠以“真正的后浪”、“中國芯片行業(yè)未來的希望”等稱號。

誠然，中國苦“芯”久矣！中國慕“光刻機”亦久矣！ 如果我們真的在核心技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進展，那確實值得大書特書，大力報道；但如果夸大其實，自我高潮，那只能是誤導(dǎo)群眾，貽笑大方。

5nm激光光刻研究進展≠光刻機進展

近日，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張子旸與國家納米中心研究員劉前合作，在Nano Letters上發(fā)表了題為5 nm Nanogap Electrodes and Arrays by a Super-resolution Laser Lithography（DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00978）的研究論文，報道了一種新型5nm超高精度激光光刻加工方法。

為什么說是新型呢？因為荷蘭ASML公司是全球唯一能生產(chǎn)EUV光刻機的公司，他們之前表態(tài)7nm以下工藝都需要EUV光刻機才行。現(xiàn)在中科院蘇州納米所的團隊開發(fā)了一種不需要使用EUV技術(shù)就可以制備出5nm特征線寬的激光光刻技術(shù)。

據(jù)悉，半導(dǎo)體光刻最重要的指標(biāo)是光刻分辨率，它跟波長及數(shù)值孔徑NA有關(guān)，波長越短、NA越大，光刻精度就越高，EUV光刻機就是從之前193nm波長變成了13.5nm波長的EUV極紫外光，而NA指標(biāo)要看物鏡系統(tǒng)，ASML在這方面靠的是德國蔡司的NA=0.33的物鏡，下一代才回到NA=0.55的水平。

中科院蘇州所聯(lián)合國家納米中心開展的這項研究有所不同，在無機鈦膜光刻膠上，采用雙激光束（波長為405 nm）交疊技術(shù)，通過精確控制能量密度及步長，實現(xiàn)了1/55衍射極限的突破（NA=0.9），達(dá)到了最小5nm的特征線寬。

此外，該研究使用了研究團隊開發(fā)的具有完全知識產(chǎn)權(quán)的激光直寫設(shè)備，利用激光與物質(zhì)的非線性相互作用來提高加工分辨率，有別于傳統(tǒng)的縮短激光波長或增大數(shù)值孔徑的技術(shù)路徑，打破了傳統(tǒng)激光直寫技術(shù)中受體材料為有機光刻膠的限制，可使用多種受體材料，擴展了激光直寫的應(yīng)用場景。

首先需要明確的是，中科院5nm光刻技術(shù)的成功，確實是值得肯定、鼓舞人心的好事情。但如果就此得出“中國已經(jīng)彎道超車ASML”、“我們將取代荷蘭的ASML光刻機”、“ASML的EUV光刻機將變成白菜價”之類的結(jié)論，那就是偷換概念、歪曲事實了。

一位業(yè)內(nèi)人士強調(diào)：“該文章中并沒有提到5nm是用于芯片制造，而是研究團隊利用激光直寫技術(shù)，實現(xiàn)了納米狹縫電極陣列結(jié)構(gòu)的規(guī)模生產(chǎn)。狹縫電極是光電子器件的基礎(chǔ)元件，并非是集成電路。能生產(chǎn)零件和能把復(fù)雜的電路功能融合，兩者之間存在著很大的差距。這個類似中科院去年發(fā)表文章稱，實現(xiàn)了2nm晶體管的設(shè)計，但被部分媒體說成了2nm芯片。雖然都是2nm，可是完全不是一個概念?！?br style="max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;">

另外，即使該技術(shù)未來可被用于芯片制造，但實驗室技術(shù)和工業(yè)量產(chǎn)之間也隔著十萬八千里的距離。另一位業(yè)內(nèi)人士表示：“中科院的5nm激光光刻技術(shù)目前僅僅局限于實驗室小規(guī)模小批量的進行實驗，不論是光刻的面積還是光刻的速度，都要比目前工業(yè)應(yīng)用的光刻機弱很多，想要實現(xiàn)大規(guī)模批量的生產(chǎn)，要等到這項技術(shù)必須完全成熟了才有可能實現(xiàn)。至于這種5nm激光光刻技術(shù)什么時候能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，我們不得而知，但從光刻機研發(fā)的歷史以及技術(shù)的晉級難度來看，這種光刻技術(shù)想要實現(xiàn)量產(chǎn)，我認(rèn)為至少需要5年時間以上甚至更長。”

我國的光刻機為何難以突破，因為不僅僅是局限于激光光刻加工方法，還包括各種零部件的桎梏。荷蘭ASML公司CEO曾經(jīng)表示，不擔(dān)心把高端光刻機賣給中國，中國會因此復(fù)制出高端光刻機。因為ASML制造的高端光刻機涉及到很多精密零部件，其中90%都是對外采購的，這也使得光刻機很難被復(fù)制出來。像德國蔡司的光學(xué)鏡頭、美國的激光發(fā)生器等，就讓ASML制造的光刻機，在光學(xué)技術(shù)上獲得了世界領(lǐng)先。

只有認(rèn)清現(xiàn)實，才能更好地腳踏實地。

低成本DIY納米級光刻機可還行？

和中科院5nm激光光刻技術(shù)被大肆報道的差不多同一時期，一個95后本科生也在圈內(nèi)火了~

援引媒體“大數(shù)據(jù)文摘”的報道：一位大連理工大學(xué)化工學(xué)院的Up主彭譯鋒，竟然憑著一張圖紙給成功在家里搭建了納米級光刻機，還成功光刻出~75微米（75000納米）的孔徑。

令人感到吃驚的是，這位同學(xué)還在讀本科，整個制造過程都是在一間超簡陋的小書桌上完成的，全部數(shù)學(xué)演算全靠一張白板，所有的材料都堆放在桌上地上，簡直就是“家居實驗室模范”。

Up主地址如下：

彭同學(xué)在視頻中表示，他制造光刻機的圖紙來自自己西安電子科技大學(xué)的同學(xué)，圖紙大概長下圖這個樣子。彭同學(xué)也正是憑借著這張圖紙，完整復(fù)刻了整臺納米級光刻機。

他目前的研究成果花了大概半年自己琢磨出來的，最早的興趣來自高中的時候，那個時候還沒有視頻和資料，但是他就是想自研芯片。

其實，這個事兒本來挺好，本科生自己DIY，對動手能力和工程能力都是極好的鍛煉，學(xué)校也應(yīng)該積極倡導(dǎo)。但壞就壞在這事兒被鼓吹過頭，非得拿光刻機做新聞，就引起許多真正半導(dǎo)體行業(yè)從業(yè)者的不滿了。

知乎網(wǎng)友Hellc 質(zhì)疑：“明明是個類光刻機的DIY設(shè)計，媒體為什么要重點突出光刻機？明明是微米為什么要強行說成納米？”

知乎網(wǎng)友一倍速 同樣表示：“這個東西根本不是光刻機，而是一個激光雕刻工作臺。光刻是不會直接在材料上腐蝕的。所謂光刻，正如字面意思所述，是去刻蝕，但是賓語不是硅片，而是光刻膠膜，是將光刻膠膜中的一部分變化，用特殊的化學(xué)試劑清洗時，被光照的部分和不被光照的部分。一個被溶解，一個不被溶解。這個步驟叫做顯影,之后會用刻蝕液進行圖案的刻蝕。也就是說在半導(dǎo)體工藝流程中，要想在一個片子上做圖案，應(yīng)該是光刻+顯影+刻蝕。而報道中是光刻+顯影，真的就拿光去刻了......”

結(jié)語

一個有意思的現(xiàn)象是，所有在這2篇相關(guān)報道下面提出質(zhì)疑的人都無一例外的被或多或少的人噴了。大意是說“這個時候你還潑冷水，是不是中國人”；“鍵盤俠，你行你上啊”！

需要強調(diào)的是，很多人的質(zhì)疑并不是針對中科院的技術(shù)和彭同學(xué)的行為本身，而是針對媒體為了博取噱頭而故意“捧殺”的做法。希望自己的國家強大是人之常情，但過度的鼓吹只會讓中國本就普及不好的微電子基本知識雪上加霜，也會造成輿論的混亂......

路漫漫其修遠(yuǎn)兮，我們依然要艱苦奮斗、上下求索。

引用資料：

1.《95后up主低成本DIY納米級光刻機！一圖紙一書桌研究半年，挑戰(zhàn)芯片制造最難環(huán)節(jié)》，大數(shù)據(jù)文摘，笪潔瓊

2.《中科院研發(fā)新型激光光刻技術(shù)：不用EUV 直擊5nm》，傳感器技術(shù)

3.《媒體稱中科院實現(xiàn)5nm芯片光刻機，傳到美國那里就是“笑話”》

4.知乎話題《如何看待‘本科生自制光刻機’這一報道？有哪些意義和局限性》

-END-

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