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ASML宣布EUV光刻機技術路線走到盡頭,華為芯片正出現轉機
2022/11/10
2022/11/10

光刻機巨頭ASML

作為全球光刻機產業巨頭,占據超過90%市場份額的ASML即將推出新一代基于High-NA技術的EUV光刻機,但是伴隨著新款EUV光刻機同時出現的則是足以震撼半導體產業的新聞——ASML首席技術官Martin van den Brink表示,High-NA技術將可能是EUV光刻機技術的終點。

ASML CTO表態High-NA將是EUV技術終點

NA是光學系統的數值孔徑,表示光線的入射角度,使用更大的NA透鏡可以打印出更小的結構,從而提供更為先進的芯片制程,目前的EUV光刻機采用0.33 NA的光學器件,而High-NA技術準備將數值孔徑進一步提升至0.55NA。

但是由于物理限制的存在,High-NA可能已經走到了終點。例如High-NA反射鏡的尺寸是前一代的兩倍并需要在20皮米(1000皮米=1納米)內平整。而驗證工作則需要在一個「可以容納半個公司」的真空容器中進行,目前該驗證容器由光學巨頭蔡司所負責。其他如散熱、光線衍射、光路遮擋、體積的問題也讓NA技術的進一步提升顯得困難重重。

High-NA光刻機系統

基于High-NA技術的EUV光刻機預計在2024年交付,將用于2nm及以下制程,這也預計是EUV光刻機路線的終點。其實High-NA技術對于芯片產業來說已經足夠,因為實際上制約芯片技術進一步發展的已經不是光刻機,而是原材料硅的問題。

硅原子共價半徑為0.11nm,當光刻機技術發展到1nm之后,由于原子之間距離過近將會產生量子隧穿效應,使得電子很容易穿越絕緣層使半導體變為全導體,也就失去了表示0和1的功能,這也是硅基芯片無法避免的困局。

《Nature》上金屬鉍用于半導體的論文

為了進一步突破1nm的極限,尋找硅之外的芯片材料也成為一個方向。例如頂級期刊《Nature》曾經刊登了關于金屬鉍(Bi)作為二維材料的接觸電極,可大幅降低電阻并提高電流,有助實現未來半導體1nm的制程。其他如碳納米管、碳化硅等材料也是替代之選。但無論哪種材料所面臨的第一個問題就是成本太高,所以一個可能的結果就是1nm將成為芯片發展的一道分水嶺,在突破1nm之后很長一段時間之內,芯片企業將只能采取改良的方式來進一步提升芯片性能。

ASML光刻機

芯片發展逐漸走到盡頭對于國產芯片產業而言卻是一個好消息。從技術上來看,必須承認國產芯片依然處于追趕者的行列,例如華為也因為芯片禁令導致旗下的王牌華為海思麒麟芯片處于難以量產的境地,最為核心的問題就是缺乏EUV光刻機。

如果芯片繼續遵循摩爾定律發展下去的話,那麼毫無疑問需要投入更多的技術和資源進行追趕。但是隨著1nm芯片極限的逐漸到來,如台積電、三星、英特爾等領先者的腳步也將不得不放緩,這也給了國產芯片企業更多的追趕時機。

華為

同時無論是EUV光刻機還是碳基芯片走到極限也就意味著必須尋找替代品,這也給了我們彎道超車的機會和可能,對于如今陷入芯片困境的華為來說也是一個好消息。例如國內光芯片發展已經有所布局,光子芯片作為替代電子芯片的一種全新可能,也是芯片產業繼續發展的一條道路。隨著繞過EUV光刻機的芯片制造技術的出現,華為麒麟芯片也有望迎來正式的回歸。

國產芯片

其實芯片產業也是產業的一種,一旦實現規模化生產,那麼其成本也將大幅下降。就像昔日的日系家電廠商以及后來的高鐵、盾構機、特高壓設備一樣。這些產品的價格曾經由于西方科技界的壟斷而高高在上,但是隨著國產企業生產出同樣技術規格的產品之后,其價格已經下降到原來的十分之一甚至是百分之一。

這也是我們被稱為「發達國家粉碎機」的原因,以往發達國家憑借技術壟斷而獲取了不合理的超額利潤,而我們則通過產業化極大提升了產量和效率,也使得普通人也可以購買和使用到物美價廉的產品。

如今芯片產業已經成為我們「粉碎」的下一個目標,大家看好國產芯片產業的發展嗎?


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