俄羅斯研發首台光刻機，用於7nm芯片生產，技術水平令人震驚
俄羅斯研發出了第一款7 nm制程的光刻機，難道俄羅斯真的有那麽厲害？
這是毋庸置疑的，沒有了芯片，一切都是徒勞。我們的行動電話，電腦，家電，汽車，甚至是列車和飛機都會停止運轉。一句話：「如果沒有晶片，我們就會回歸到蒸氣時代」。
所以，以光刻為代表的積體電路設計與制作已經成了企業間的一項重要的戰略較量。
到目前為止，俄羅斯還沒有在這個方面取得進展，但是他們已經宣稱他們已經研發出了第一種可以利用7 nm制程制作晶片的半導體曝光機，並且預期會在2028年投入量產。
所以俄羅斯在光刻方面真的很發達麽？
光刻機的制作難度有多大？
光刻機也被稱為曝光機，是制造大規模 IC的關鍵裝置，利用該光刻機，可以把用光刻膠覆蓋的矽片臨時"轉移"出電路圖形。
簡單地說，光學顯影儀類似於相機；光刻機利用紫外光制造晶片，相機利用自然光對薄膜進行曝光。唯一的區別是，顯影時是將負片擴大，而制造晶片是將負片縮小。
制造一塊晶片可比拍照難多了。
舉例
在一張A4的圖紙上繪制一張路線圖，也許你會發現這是一件非常簡單的事情；而在一頁像一枚郵票那麽大的紙張上繪制，則更加困難；若是把它刻在一顆米粒上，會是什麽樣子？大部份人很難做到這一點；要是米飯還粘在車上，再高明的雕刻家也沒轍。所以，在過去，制造晶片被譽為有史以來最為精確的一門藝術，光刻機就是實作這一功能的手段。
目前市面上最尖端的儀器就是極紫外光刻機。制造這個裝置有多少困難？
光源
極化極紫外光刻是利用遠紫外光源進行加工的，但在此過程中，利用遠紫外光源進行加工是非常困難的。
1.產生"種子光"（seed light）一台30千瓦高能量的二氧化碳雷射器，其工作頻率為每秒50,000次，溫度高達220,000攝氏度，它所發射的雷射要求兩個光束的光學性質一致。
2. "極紫外光"的發生。這些粒子光線擊中了掉落的小錫，前一道雷射光把小球成形，而另一道則穿過小球，發出13.5毫微米的極紫外線。
3. 對"極紫外光"進行聚焦。利用多層膜結構將紫外光集中在一處，構成了一種可以制作晶片的光源。
鏡頭
EUV光刻工藝對鏡片的平整度有非常嚴格的規定，30 cm以內的波紋度不得大於0.3 nm。
這意味著什麽？這就好比把京滬高鐵的直線位移誤差不到1 mm。用火炬的光線照射月亮，最多也就是一個銅板的誤差。
為何這樣苛刻？由於一部光學顯微鏡由幾百塊鏡頭組成，整個鏡頭的品質達到一噸以上，稍有差錯就會造成嚴重的制造失誤。
這樣精確的鏡片，現在只能由德國的蔡司制造。
另外， EUV光刻機內有超過10萬個零件，包括高精度的軸承及電子零件，超過4,000個螺絲，超過3000根線纜，以及2千米長度的膠管。
一部超過180噸的光刻裝置，要用十多輛大貨車運送過來，而且一到廠裏，就得花上數個月的功夫，來完成裝置的裝配與偵錯。
在極紫外光的照射下，需要在完全封閉的條件下進行，並且在完全沒有灰塵的情況下進行。
從這一點來看， EUV光刻工藝的構建，的確是一件很困難的事情。
俄羅斯對 X射線光刻法的偏愛
俄羅斯作為全球第二大國，其技術發展速度一直很慢，而事實上，其主要依靠的是蘇聯留下的底蘊以及核力量。
俄羅斯企業在整個世界的晶片市場上也並不引人註目，華為的海思（海思），中芯（中芯）(SMIC)，紫光（Chip)，以及長江（Chronic）等少數本土企業。
俄羅斯最大的積體電路企業是米克龍。
米克龍公司原為蘇聯一間電子研究院，目前已成為俄羅斯最大的積體電路生產商，其出口占據了俄羅斯50%以上的半導體產業。
2006年，邁科科技從歐洲意半導體巨人意電子手中轉移，並於2006年投入0.18μ m晶片的制造。
2008年邁科公司完成130 nm制程，2009年完成90 nm制程制程，2016年完成65 nm制程制程制程。現在，邁科公司是俄羅斯惟一可以批次制造65 nm制程晶片的本土企業。
雖然米科公司在本土業務方面做得很好，但是它在世界範圍內的占有率還不到1%，因此它在世界範圍內的影響力並不大。
從一定意義上講，米克倫公司的情況也折射出俄羅斯光刻工藝開發的兩難境地。
俄羅斯對 X射線光刻法的偏愛
根據俄羅斯方面的訊息，俄羅斯將投入6.7億盧布研發全球最尖端的 X射線光刻機，以期在能力上超越 ASML公司的 EUV光刻機，達到國際領先水平。
不管資金有沒有，用 X射線刻制晶片，這似乎還沒有出現過。不過，這樣做也有好處：你不用為申請專利而煩惱。
美國，歐洲，中國等國家已經開始對 X射線光刻工藝進行研究，並且已經獲得了很大的發展。但是，這種方法最後還是被拋棄了，因為它的產量很少。
X光是一種高頻（300 EHz)，其波長一般在0.01 nm至10 nm之間，遠小於遠紫外（13.5 nm）。
在原理上，利用 X射線光刻可以制作出與極紫外光刻相當的高品質的晶片。
俄羅斯科學院透過幾年的研究，已經在非掩模光刻工藝上有了突破性的發展，該工藝相對於常規的光刻工藝更為簡便，具有潛在的研發潛力。
俄羅斯也研制出了一台高品質的同步放射線裝置，以及一台高品質的離子源，使俄羅斯的傳媒相信7 nm工藝將在下一年內取得重大進展。
俄羅斯能夠在光刻工藝上取得成功嗎？光刻工藝的開發既要投入大量的經費，又要有優秀的人才支撐。
這裏所說的人力資源，並不僅僅是數量上的，而是素質與技術。
盡管俄羅斯的人口只有一億六千六百萬，相對於它的領土來說，這個數位實在是太小了，但是俄羅斯卻從不缺少優秀的人才。
在俄羅斯，1000個工作人員中只有14個人擁有這樣高的智力水平，這要歸功於俄羅斯長期的教學經驗以及蘇聯時期遺留下來的知識。
俄羅斯十分註重民族教育，對在校大學生的資助完全來自於政府，極大地激發了人們對科研和科研的熱情。
莫斯科大學在數學與物理方面已經贏得16個世界級的榮譽，諾貝爾獎10個。
新西伯利亞學院是華為與谷歌競相爭取的優秀學生，學校曾在世界電腦比賽中獲得過多次冠軍。
莫斯科電氣學校是俄羅斯國家科學研究院下屬的一所高技術院校，創立於1965年，主要從事微電子，資訊技術及電腦工程。學校具有國際先進水平的實驗裝置和大量的科研人才。
俄羅斯是蘇聯在科學技術、教育方面的最大受益者，也是人才最多的國家。
2020年3月，中芯科技釋出公告稱，公司在高端制程上已有重要進展，已投入批次生產14 nm FinFET制程，並將加速產能擴張及拓展市場。
預計2022年末，中芯將在14 nm N+1 （12 nm）技術上取得重大進展。屆時，中芯的制程技術將涵蓋12 nm至65 nm以上的制程。
另外，中芯公司 CEO還表示，「7 nm制程的研發工作已結束，目前正在等候極紫外光刻」。
看來，中芯已經躋身世界三大半導體制造企業之列了！
而事實上，中芯公司正處於"四面楚歌"的困境之中。
首先，由於【瓦森納安排】，這家公司不能獲得高級極紫外光刻機，因此不能發展7 nm制程；美國商業部隨後把這家公司列為不能購買美國科技與裝備的「實體清單」。
就在不久前，日本公布了23種對中國的半導體產品的進口，以及一家荷蘭企業 ASML也聲明了參與"芯片協定"的興趣。
特別是，美國，日本，荷蘭等企業，包括極紫外光刻機，光刻機，蝕刻裝置，晶圓清洗裝置，薄膜沈積裝置，熱處理裝置，晶圓拋光機，粘合劑機，密封機器，以及測試裝置等，占據了世界範圍內的91.6%。
目前，包括套用材料、 ASML以及東京電氣在內的眾多半導體器件巨人都在透過整機、零部件、技術以及專利等方面對中芯進行了壓力。
中芯集團的創辦人張汝京離職，給他帶來的巨大壓力也絲毫不遜色。
中芯公司被迫從官網上撤回14奈米芯片業務，同時也不再釋出7奈米芯片的生產進度。
市場對中芯能否繼續制造14 nm制程的產品表示質疑。回答是可以，但是只有在需要引進的裝備的情況下。
有證據顯示，可以透過遙控方式將光刻裝置鎖住，從而讓它不能工作，但是這樣的擔憂毫無依據。
中芯所采購的光學顯微鏡一般都附帶有維護費用，而在 WTO框架下，國際儀器廠商是不會把它們封存的。
這樣一來，中芯就可以在原有的工廠停產前，持續制造14奈米的制程。不過，由於海外供應中斷，國產裝置很難替換，中芯也因此陷入了困境。
所以中芯只有小心翼翼地發展自己的力量，才能最大限度地降低來自美國的註意力。
要破解"項鏈"問題，必須加速本國的研究與開發。
盡管多數人都以為7奈米及以上工藝的處理器只占15%，但未來 AI等先進圖形處理器的需求量會急劇上升，因此7奈米及以上工藝的芯片需求量將會迅速上升。
另外，由於制程技術的提升，尤其是台積電的制程水準，已經有許多晶片進入7奈米制程，例如車用與產業用的晶片。
因為7 nm及以上制程制程的廠商很少，而且都是高價廠商，所以能產生更多的獲利，支援晶片的開發，帶動廠商的發展，達到一個良好的迴圈。
所以，7 nm的本土化是當務之急。在此基礎上，極紫外光刻工藝的突破是關鍵。
極紫外光刻工藝是當今世界科技發展的一顆璀璨寶石，其工藝過程中包含了大量的高難度工藝。目前，國際上尚無一國可以自主研制出一台具有自主智慧財產權的超高紫外光刻裝置。
當前， EUV光刻被歐美等已開發國家所壟斷，相關的相關技術及專利管制十分嚴密。
中國在極紫外光刻工藝方面也取得了較大進展，已經初步掌握了三項關鍵工藝。
極紫外光照射技術
4月13日，時任中國科學院院士白春禮到長春光電研究所考察，肯定了研究所在極紫外放射線等關鍵科技上的成果，並介紹了中國在極紫外光源研究上的重大進展，並研制出了一台原型裝置。
光學概論
長春光具所研制的平坦性已達到極紫外光刻水準，並已在特種塗層工藝上有所突破，儀器已完全國產。
二重桌
由清華大學與華夏精密科技有限公司共同研發的「雙面平台」，其測量精度已經達到了5 nm，只差一小步就能達到 ASML的水準。
解決了這三個關鍵問題，還需要從原型設計，到測試，再到支持，再到量產。從今天算起，7 nm制程制程將會持續5年。
台積電5年後能造出1 nm晶片嗎？
我們國內的晶片工業，沒有片刻的停頓，不要在「國產」和「買」的問題上躊躇，唯有推動自主開發，方能走出本土化的道路。
結束語：
輝達為台積電提供2 nm制程制程技術的支援，使台積電得以繼續成長。台積電有望在2025年開始，在新竹台積電的一家公司，開始大規模生產2 nm制程晶片。
如 IBM所說，2 nm處理器確實能夠使智慧機僅需要4天進行一次充電，台積電，蘋果，高通又將重新成為一家獨大。
在7 nm及更低制程技術的推動下，國內14 nm制程或將面臨無法量產的尷尬局面。
所以，加速中國的自主研究開發，支持國產名牌，已成為刻不容緩的任務。
