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关于光刻机,中国需要做哪些方面的突破?
谢谢您的问题。中国在双工件台、EUV曝光系统都需要突破。
光刻机的核心技术。 光刻机两大核心技术分别是:双工件台、EUV曝光系统。中科院长春光机所研究EUV曝光系统,2002年造出国内第一套EUV光刻原理装置,目前已经造出32纳米芯片的EUV曝光系统,但是跟国际先进水平相差不小。此外,中国是第二个掌握双工件台技术的国家。荷兰的ASML公司是全球光刻机老大,市场份额90%以上。
上海微电子是龙头企业。国内光刻机的龙头老大是上海微电子装备有限公司,该公司从事半导体和高端智能装备的制造、销售,主营光刻设备。上海微电子于2002年成立,建设初期承担了“十五”光刻机攻关项目。值得一提的是,上海微电子是国有控股企业,上海市国资委是最大股东,占股32.09%。足见光刻机得到了国家重视,是举国推进的重大技术专项。
上海微电子的技术进展。上海微电子的光刻机针对低端市场,已经量产90纳米、110纳米和280纳米等三种光刻机,其中90nm光刻机最为成熟,是激光成像。目前正在研发65nm工艺光刻机,缩小与ASML的差距,国外已经做到十几纳米。上海微电子最好的光刻机,包含13个分系统,3万个机械零件,全部要性能稳定。双工件台包括测量台、曝光台,上海微电子已经打破了国外的技术垄断。此外还有激光器、光束矫正器、能量控制器、 遮光器、物镜等,需要协同发展,不能有任何短板,这都是今后要努力的方向。其中,镜片的技术和材质要求极高,要极为均匀。人不同,光洁度、均匀度有巨大差异。在国外公司,做镜头的往往是一家几代人,就是为了经验和技能的传承。光刻机是政策、技术、人才的综合竞争。
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目前很多人都知道光刻机在芯片制造过种非常重要,甚至如果从工艺来看,光刻过程占所有制造过程的40%左右的工时,所以特别特别重要。
但目前ASML的光刻机能生产5nm的芯片,我们仅能生产90nm工艺的光刻机,那么这中间的难度究竟在哪里?
一、光刻机的核心技术是什么?
为了好好的回答这个问题,我们可能需要从光刻机的原理和工作过程说起。
简单的来讲,光刻机的原理其实就是放大的单反,光刻机就是将光罩上的设计好的集成电路图形通过光线投到涂了光刻胶的硅晶圆上,这样硅晶圆上就会有电路图了,其中最核心的就是光源、镜头。
但上前面也说了,光刻机的作用是用光在硅晶圆上刻画出电路线,而由于芯片是非常精密的东西,芯片工艺甚至用nm来度量,再加上芯片要刻的不只是一层电路,有些甚至几十层电路。
所以如何保证刻得准,另外多次刻时没有偏差,这里有两个指标,就是分辨率和套刻精分辨率是指光刻机应用于的工艺节点水平。而套刻精度就是多次刻录时彼此图形的对准精度,如果对准的偏差过大,就会直接影响产品的良率。
二、差距在哪里?
好了,看到这里基本大家就明白了,在有光源、镜头的情况下,怎么将光刻机的分辨率提升上去,将套刻精度提升上去,光刻机就是一台好的光刻机。
其中光源、镜头ASML也不生产,是采购的,尤其镜头主要是日本厂商提供的。但分辨率、套刻精度,则是ASML要搞定的。
这就涉及到组装水平了,同时需要和芯片制造工艺不断的磨感,生产出对方需要的,满足对方需求的光刻机,而不是封门造车。
据网上的说法,ASML曾说公开图纸,别人也造不出高端光刻机,就是因为别人用同样的元件,也达不到它的分辨率精度和套刻精度,这就是最基本的差距,国内经验不足,人才少,就算给同样的元件,也搞不定光刻机。
光刻机是当前世界上最为复杂的设备之一,被称为现代光学工业之花,全球范围内仅有ASML、日系(尼康/佳能)、上海微电子等少数厂商能制造,而我国在这个领域始终处于低端位置,想要完成突破追赶上领头羊还需要很长一段时间,那么如题主所说我们需要在哪些方面发力才能取得突破呢?
1、系统制造商自身实力需要突破
所谓系统制造商也就是光刻机整机的制造厂商,也就是大家熟知的ASML、尼康、佳能等厂商,对应于我国而言就是上海微电子。
一台光刻机涉及几万的设备,需要系统制造商将这些配件完美组合起来,然后充分发挥他们的性能从而实现高端工艺制造。目前上海微电子仅能量产90nm工艺的光刻机,65nm工艺已经攻关结束在进入验证阶段,未来如果进展顺利的话可有可能攻克45nm,乃至28nm工艺。
不要以为系统制造商的活很好干,将所有配件组合成为一台合格的光刻机并不容易,只要任何一个配件出差错就可能无法正常运转,同时还得和各供应商有着良好的互动。
2、核心组件上需要更快的突破
上海微电子从2002年成立至今已有18年的时间,但是在光刻机的研发上仍旧和高端光刻机有很大的差距,可以说整体发展较慢。但是这里面的核心问题是在于光刻机的核心配件达不到要求,或者说跟不上发展。
光刻机使用很多元器件属于被封禁的产品,因此只能使用国产配件,但是国产配件并不能完全符合要求。就拿现在来说,核心的光源我们只能实现45nm的小批量生产,工作台精度也仅仅达到28nm。想要生产类似ASML这样的高端光刻机,这些相关配件我们还得有提升。
前面提到光刻机是现代光学工业之花,可见整个光刻机就是基于光学系统而来,现在的光刻机有两大子系统:光学系统和对准系统,这两个系统目前已经达到了科技和工程的极致,比如ASML使用的蔡司镜头,人家是几代人纯手工制作,而在国内这几乎不可想象。
3、对于上下游企业需要一定掌控
在对供应链的安全上我国企业也需要有一定的掌控,光刻机涉及的配件太多,部分核心配件要取得核心掌控权,这样才能保证自己整个体系的安全。
就拿ASML来说,它对于一些能提供核心技术的配件厂商都不仅仅是单纯合作关系,重要的不惜直接收购或者投资,比如ASML光刻机中最重要的合作伙伴蔡司,ASML直接收购了其24.5%股权,同时还直接收购了业内领先的准分子激光源供应商Cymer,这些都充分保证了ASML自己供应链的安全,也保证了它在这个领域内的霸主地位。
如果我国想要取得突破,对于上下游企业的掌控也是不可忽视的,否则很容易由于其他一些意外因素导致自己整个产业发生问题。
Lscssh科技官观点:
综合而言,光刻机的研发生产是一项系统工程,并非简单的靠一家企业就能打天下,你需要将诸多核心厂商整合在一起,合力研发出高水平的光刻机。因此,我国的光刻机想要向高端领域突破,就不仅仅是上海微电子一家的事情,核心的配套厂商都需要努力,在紫外光源,光学镜片,工作台等等子领域实现突破才行。
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