俄罗斯研发首台光刻机，用于7nm芯片生产，技术水平令人震惊
俄罗斯研发出了第一款7 nm制程的光刻机，难道俄罗斯真的有那么厉害？
这是毋庸置疑的，没有了芯片，一切都是徒劳。我们的移动电话，计算机，家电，汽车，甚至是列车和飞机都会停止运转。一句话：「如果没有晶片，我们就会回归到蒸气时代」。
所以，以光刻为代表的集成电路设计与制作已经成了企业间的一项重要的战略较量。
到目前为止，俄罗斯还没有在这个方面取得进展，但是他们已经宣称他们已经研发出了第一种可以利用7 nm制程制作晶片的半导体曝光机，并且预期会在2028年投入量产。
所以俄罗斯在光刻方面真的很发达么？
光刻机的制作难度有多大？
光刻机也被称为曝光机，是制造大规模 IC的关键装置，利用该光刻机，可以把用光刻胶覆盖的硅片临时"转移"出电路图形。
简单地说，光学显影仪类似于相机；光刻机利用紫外光制造晶片，相机利用自然光对薄膜进行曝光。唯一的区别是，显影时是将负片扩大，而制造晶片是将负片缩小。
制造一块晶片可比拍照难多了。
举例
在一张A4的图纸上绘制一张线路图，也许你会发现这是一件非常简单的事情；而在一页像一枚邮票那么大的纸张上绘制，则更加困难；若是把它刻在一颗米粒上，会是什么样子？大部分人很难做到这一点；要是米饭还粘在车上，再高明的雕刻家也没辙。所以，在过去，制造晶片被誉为有史以来最为精确的一门艺术，光刻机就是实现这一功能的手段。
目前市面上最尖端的仪器就是极紫外光刻机。制造这个装置有多少困难？
光源
极化极紫外光刻是利用远紫外光源进行加工的，但在此过程中，利用远紫外光源进行加工是非常困难的。
1.产生"种子光"（seed light）一台30千瓦高能量的二氧化碳激光器，其工作频率为每秒50,000次，温度高达220,000摄氏度，它所发射的激光要求两个光束的光学性质一致。
2. "极紫外光"的发生。这些粒子光线击中了掉落的小锡，前一道雷射光把小球成形，而另一道则穿过小球，发出13.5毫微米的极紫外线。
3. 对"极紫外光"进行聚焦。利用多层膜结构将紫外光集中在一处，构成了一种可以制作晶片的光源。
镜头
EUV光刻工艺对镜片的平整度有非常严格的规定，30 cm以内的波纹度不得大于0.3 nm。
这意味着什么？这就好比把京沪高铁的直线位移误差不到1 mm。用火炬的光线照射月亮，最多也就是一个铜板的误差。
为何这样苛刻？由于一部光学显微镜由几百块镜头组成，整个镜头的质量达到一吨以上，稍有差错就会造成严重的制造失误。
这样精确的镜片，现在只能由德国的蔡司制造。
另外， EUV光刻机内有超过10万个零件，包括高精度的轴承及电子零件，超过4,000个螺丝，超过3000根线缆，以及2千米长度的胶管。
一部超过180吨的光刻设备，要用十多辆大货车运送过来，而且一到厂里，就得花上数个月的功夫，来完成设备的装配与调试。
在极紫外光的照射下，需要在完全封闭的条件下进行，并且在完全没有灰尘的情况下进行。
从这一点来看， EUV光刻工艺的构建，的确是一件很困难的事情。
俄罗斯对 X射线光刻法的偏爱
俄罗斯作为全球第二大国，其技术发展速度一直很慢，而事实上，其主要依靠的是苏联留下的底蕴以及核力量。
俄罗斯企业在整个世界的晶片市场上也并不引人注目，华为的海思（海思），中芯（中芯）(SMIC)，紫光（Chip)，以及长江（Chronic）等少数本土企业。
俄罗斯最大的集成电路企业是米克龙。
米克龙公司原为苏联一间电子研究院，目前已成为俄罗斯最大的集成电路生产商，其出口占据了俄罗斯50%以上的半导体产业。
2006年，迈科科技从欧洲意半导体巨人意电子手中转移，并于2006年投入0.18μ m晶片的制造。
2008年迈科公司完成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。现在，迈科公司是俄罗斯惟一可以批量制造65 nm制程晶片的本土企业。
虽然米科公司在本土业务方面做得很好，但是它在世界范围内的占有率还不到1%，因此它在世界范围内的影响力并不大。
从一定意义上讲，米克伦公司的情况也折射出俄罗斯光刻工艺开发的两难境地。
俄罗斯对 X射线光刻法的偏爱
根据俄罗斯方面的消息，俄罗斯将投入6.7亿卢布研发全球最尖端的 X射线光刻机，以期在能力上超越 ASML公司的 EUV光刻机，达到国际领先水平。
不管资金有没有，用 X射线刻制晶片，这似乎还没有出现过。不过，这样做也有好处：你不用为申请专利而烦恼。
美国，欧洲，中国等国家已经开始对 X射线光刻工艺进行研究，并且已经获得了很大的发展。但是，这种方法最后还是被抛弃了，因为它的产量很少。
X光是一种高频（300 EHz)，其波长一般在0.01 nm至10 nm之间，远小于远紫外（13.5 nm）。
在原理上，利用 X射线光刻可以制作出与极紫外光刻相当的高品质的晶片。
俄罗斯科学院通过几年的研究，已经在非掩模光刻工艺上有了突破性的发展，该工艺相对于常规的光刻工艺更为简便，具有潜在的研发潜力。
俄罗斯也研制出了一台高品质的同步辐射装置，以及一台高品质的离子源，使俄罗斯的传媒相信7 nm工艺将在下一年内取得重大进展。
俄罗斯能够在光刻工艺上取得成功吗？光刻工艺的开发既要投入大量的经费，又要有优秀的人才支撑。
这里所说的人力资源，并不仅仅是数量上的，而是素质与技术。
尽管俄罗斯的人口只有一亿六千六百万，相对于它的领土来说，这个数字实在是太小了，但是俄罗斯却从不缺少优秀的人才。
在俄罗斯，1000个工作人员中只有14个人拥有这样高的智力水平，这要归功于俄罗斯长期的教学经验以及苏联时期遗留下来的知识。
俄罗斯十分注重民族教育，对在校大学生的资助完全来自于政府，极大地激发了人们对科研和科研的热情。
莫斯科大学在数学与物理方面已经赢得16个世界级的荣誉，诺贝尔奖10个。
新西伯利亚学院是华为与谷歌竞相争取的优秀学生，学校曾在世界电脑比赛中获得过多次冠军。
莫斯科电气学校是俄罗斯国家科学研究院下属的一所高技术院校，创立于1965年，主要从事微电子，资讯技术及电脑工程。学校具有国际先进水平的实验设备和大量的科研人才。
俄罗斯是苏联在科学技术、教育方面的最大受益者，也是人才最多的国家。
2020年3月，中芯科技发布公告称，公司在高端制程上已有重要进展，已投入批量生产14 nm FinFET制程，并将加速产能扩张及拓展市场。
预计2022年末，中芯将在14 nm N+1 （12 nm）技术上取得重大进展。届时，中芯的制程技术将涵盖12 nm至65 nm以上的制程。
另外，中芯公司 CEO还表示，「7 nm制程的研发工作已结束，目前正在等候极紫外光刻」。
看来，中芯已经跻身世界三大半导体制造企业之列了！
而事实上，中芯公司正处于"四面楚歌"的困境之中。
首先，由于【瓦森纳安排】，这家公司不能获得高级极紫外光刻机，因此不能发展7 nm制程；美国商业部随后把这家公司列为不能购买美国科技与装备的「实体清单」。
就在不久前，日本公布了23种对中国的半导体产品的进口，以及一家荷兰企业 ASML也声明了参与"芯片协议"的兴趣。
特别是，美国，日本，荷兰等企业，包括极紫外光刻机，光刻机，蚀刻设备，晶圆清洗设备，薄膜沉积设备，热处理设备，晶圆抛光机，粘合剂机，密封机器，以及测试设备等，占据了世界范围内的91.6%。
目前，包括应用材料、 ASML以及东京电气在内的众多半导体器件巨人都在通过整机、零部件、技术以及专利等方面对中芯进行了压力。
中芯集团的创办人张汝京离职，给他带来的巨大压力也丝毫不逊色。
中芯公司被迫从官网上撤回14纳米芯片业务，同时也不再发布7纳米芯片的生产进度。
市场对中芯能否继续制造14 nm制程的产品表示质疑。回答是可以，但是只有在需要引进的装备的情况下。
有证据显示，可以通过遥控方式将光刻设备锁住，从而让它不能工作，但是这样的担忧毫无依据。
中芯所采购的光学显微镜一般都附带有维护费用，而在 WTO框架下，国际仪器厂商是不会把它们封存的。
这样一来，中芯就可以在原有的工厂停产前，持续制造14纳米的制程。不过，由于海外供应中断，国产设备很难替换，中芯也因此陷入了困境。
所以中芯只有小心翼翼地发展自己的力量，才能最大限度地降低来自美国的注意力。
要破解"项链"问题，必须加速本国的研究与开发。
尽管多数人都以为7纳米及以上工艺的处理器只占15%，但未来 AI等先进图形处理器的需求量会急剧上升，因此7纳米及以上工艺的芯片需求量将会迅速上升。
另外，由于制程技术的提升，尤其是台积电的制程水准，已经有许多晶片进入7奈米制程，例如车用与产业用的晶片。
因为7 nm及以上制程制程的厂商很少，而且都是高价厂商，所以能产生更多的获利，支援晶片的开发，带动厂商的发展，达到一个良好的循环。
所以，7 nm的本土化是当务之急。在此基础上，极紫外光刻工艺的突破是关键。
极紫外光刻工艺是当今世界科技发展的一颗璀璨宝石，其工艺过程中包含了大量的高难度工艺。目前，国际上尚无一国可以自主研制出一台具有自主知识产权的超高紫外光刻设备。
当前， EUV光刻被欧美等发达国家所垄断，相关的相关技术及专利管制十分严密。
我国在极紫外光刻工艺方面也取得了较大进展，已经初步掌握了三项关键工艺。
极紫外光照射技术
4月13日，时任中国科学院院士白春礼到长春光电研究所考察，肯定了研究所在极紫外辐射等关键科技上的成果，并介绍了中国在极紫外光源研究上的重大进展，并研制出了一台原型设备。
光学概论
长春光具所研制的平坦性已达到极紫外光刻水准，并已在特种涂层工艺上有所突破，仪器已完全国产。
二重桌
由清华大学与华夏精密科技有限公司共同研发的「双面平台」，其测量精度已经达到了5 nm，只差一小步就能达到 ASML的水准。
解决了这三个关键问题，还需要从原型设计，到测试，再到支持，再到量产。从今天算起，7 nm制程制程将会持续5年。
台积电5年后能造出1 nm晶片吗？
我们国内的晶片工业，没有片刻的停顿，不要在「国产」和「买」的问题上踌躇，唯有推动自主开发，方能走出本土化的道路。
结束语：
英伟达为台积电提供2 nm制程制程技术的支援，使台积电得以继续成长。台积电有望在2025年开始，在新竹台积电的一家公司，开始大规模生产2 nm制程晶片。
如 IBM所说，2 nm处理器确实能够使智能机仅需要4天进行一次充电，台积电，苹果，高通又将重新成为一家独大。
在7 nm及更低制程技术的推动下，国内14 nm制程或将面临无法量产的尴尬局面。
所以，加速我国的自主研究开发，支持国产名牌，已成为刻不容缓的任务。
