光刻机如何突破2纳米技术难题（两纳米光刻机）

2纳米芯片成功破冰！中科院技术全球首创，14纳米生产线首次公开

从2018年末荷兰ASML光刻机公司工厂的一场火灾开始，中芯国际的光刻机进口之路开始波折起伏，其花费近8.2亿购买的一台EUV深紫外光刻机，是否会延迟交付我们不得而知。但经过一整年时间，荷兰出口EUV光刻机到中国的许可证由于到期，到现在也迟迟没有续期，导致EUV光刻机交付进一步推迟。而中芯国际制造7纳米芯片所用的关键设备，EUV光刻机则是重中之重，可以说没有这台EUV光刻机， 中国整个7纳米半导体的研发进程将会受阻。难道中国赶超美韩高精度、先进半导体芯片的脚步将会止步于此吗？

出品|国器

中芯国际14纳米芯片已经量产下一代制程工艺也在研发当中

根据中芯国际对外公开的财报显示，国内首条14纳米芯片生产线在上海已投入使用，中国14纳米级芯片已经突破量产，而能耗下降20% 、性能提高10%的12纳米级芯片订单已经开始导入，各种现象表示中芯国际已经开始了下一代芯片半导体的研发进程。在7纳米以上的光刻机，ASML公司一直向我国正常供应。目前ASML公司在中国的光刻机市场正在快速崛起，其占全球的市场份额约19%，超过美国16%的份额，可以说中国的光刻机市场是ASML公司不可忽视的，这些因素都关系着双方的未来。

不同纳米级的光刻机决定了芯片的制造精度其功能也受此影响

一根细丝千分之一的机内运行误差，数万个高精度部件，上千万行计算机代码共同构成了一个运行系统，这就是光刻机——被业内人士誉为半导体行业皇冠上的明珠。芯片制造中最为关键的一步就是光刻，其具体功能就是将设计师研发的芯片线路和功能区，通过光刻机的高精度运行，刻在一片圆形硅晶片面上，这些线路就是设计师所规划的芯片运行指令。所以不同纳米级的光刻机决定了不同精度芯片的制造。中国想要攻克7纳米级芯片，必须首先研发出7纳米级的EUV光刻机。

中国国内规模庞大的芯片生产依赖高精度的EUV光刻机

而目前中国拥有的光刻机精度仅能达到45纳米，就连28纳米级我们也正在研发当中，而EUV高精度光刻机的研发更上难上加难。荷兰ASML公司早在20年前就启动了EUV光刻技术的研发工作，而直到去年全球首款7纳米EUV光刻机才正式投入商用。属于第五代光刻机的EUV深紫外光刻机，放眼全球仅荷兰一家掌握制造工艺。目前中国芯片的制造已经逐渐走在各国前列，已经有超1.5万亿的投资落在12英寸的晶圆生产上，不仅如此中国高精度芯片的研发同样处于全球前列，所以对光刻机的需求也是迫在眉睫。

中国近日提前成功攻克了2纳米芯片研发制造的关键技术

就在全球处于7纳米芯片的进一步研发制造时，近日中科院成功攻克了2纳米级芯片所需的关键技术——垂直纳米环栅晶体管，为今后我国2纳米级半导体的研发提前打下了基础，堪称全球首创。从去年台积电攻克3纳米环栅晶体管开始，中国首次在高精度芯片的技术研发上走在世界前列。2纳米芯片的制造生产以及将于2024年投入，而此次2纳米关键技术的攻克破冰，称得上是意义重大。如果ASML公司的EUV光刻机能成功交付，相信中国的芯片研发制造定能走得更远。

中科院首创2纳米芯片关键技术，还需要依赖光刻机吗？

光刻机是如今我们芯片发展的一大重要的制约因素，即便现在我们有了两纳米的芯片研发进展，但是光刻机却仍然还是一个非常棘手的问题。

芯片自主研发迫在眉睫

去年美国对我国的相关企业进行了芯片制裁，拒绝为我国的企业提供芯片之后，华为第一时间站了出来，推出了华为研发多年的麒麟系列芯片。虽然有华为的芯片出来救急，但是国内的许多产业也因此感到了非常大的危机感，纷纷开始投入芯片研发的阵营之中。

而经过这一年多来的全力发展我国的国产芯片发展之路，真真是一波三折，先是要躲过美国的阻挠，又遇到了先进高端光客机这个难关，目前我国的中科院提出了首创二纳米芯片的关键技术，这一技术是利用垂直纳米环栅晶体管生产出来的，是国际公认的二纳米芯片制作领域关键技术。

芯片未来发展离不开高端光刻机

如今我国虽然能够独立将它研制出来，意味着我国在芯片领域生产中站于领先地位，但是当相关专家在将研究成果进行总结，并且在杂志上发表申请专利之后，中科院的专家们仍然还是将核心问题放在光刻机的研发上面，经过专家们的初步规划，我们将在2024年正式实现了纳米芯片的量产，并且通过现实运用的检验。

专家们希望在未来4年的发展实践中，我国能有更多高端的先进人才愿意加入光刻机的研发之中，创造属于中国人的成就，目前荷兰的asml的公司是光刻机生产领域的王者，也是世界各大芯片产业所依赖的最大对象，此前我国曾经和这间企业签订了订购合同。

自身研发受限，与外企合作受阻

我国在相关的科技领域一直被美国打压了几十年，这导致我国相关领域的核心技术始终都无法实现突破，特别是作为制造芯片的关键设备光刻机，目前我们所掌握的精度只能够是45纳米级别的，即便是28纳米的研发技术，我们都还在努力的研发之中，由此可见，我们在芯片行业这条路走得非常的艰难，中国目前是全世界芯片消耗最多的国家，我们在芯片领域的投资也已经超过了1.50,000亿。

但目前我国在光客机上的进展却还是非常的微小。我们在18年花了8.2亿天价向荷兰工厂订购的光刻机，由于它们的意外，如今也不知是否能够按时交到我们手上。，这间企业由于意外而导致我国订购的产品没能够及时完工，如今加上美国的干扰，未来我们是否能够与其合作，还是一个未知数，想要突破光刻机的难题，最后还是得依赖我国自己的专家团队。

光刻机为什么比原子弹更难造？究竟存在哪些难点？

光刻机比原子弹还难造的原因是光刻机本身的技术和零件是难以制造的，西方国家对我国实行技术封锁，连零件都不卖给我们。

从光刻机的零件来看，最难得是镜头，要求精度相当高。我国目前只能做出纳米级别14的镜头。还有一个原因是零件需要工程师们手工打磨。打磨这些零件需要耗费大量的时间。稍不留神，就会损坏。所以我国之前就直接从国外购买，这样价格便宜还能节约时间。光刻机的最著名的厂家的是荷兰ASML，其他国家认为这行投入大，产值低，太不划算。

在当今社会，很多智能设备里都含有芯片。芯片技术的高低是衡量一个国家半导体水平高低的一个标准。芯片是由光刻机来制造的。我国之所以没有大龄的芯片是因为缺乏先进的光刻机来进行生产。光刻机跟照相机冲洗照片的原理相似。就是利用曝光的手段在硅片上画画。目前只有荷兰ASML制造出高端的光刻机，而且西方封锁了光刻机的技术，甚至连光科机的零件不买给我们。我们只能摸着石头过河，自己摸索，目前也才达到纳米级别14DE水平。虽然与荷兰相比，我们还有很大的差距，但对那些通常用的设备已经够用了。

记得去年，国外的苹果手机为了赢得华为手机，打价格战。华为手机连芯片都造不出来，为了生存，不得不把华为荣耀卖掉，断臂求生。在国内外手机市场上，华为手机的市场被蚕食。庆幸的是，VIVO跟OPPO 还是占据了前三名。现在随着电动汽车的增多，芯片问题的解决也有助于电动汽车产业的发展。现在我国的电动汽车已经领先美国了，相信我国科研实力的增强，我们一定能欧研制出更精密的芯片，打破国外的阴谋。

中科院攻克2nm芯片关键技术到底是不是真的？具体是怎么回事？

确实， 中科院在2纳米芯片工艺的承载材料上获得了突破，这个得到突破的东西叫垂直纳米环栅晶体管，是未来2纳米工艺上所有获选材料的一种。但这一突破是不是最终会成为最后2纳米工艺中的一部分，就不好说了。理由解释如下：

芯片生产是出了名的环节众多，并且是一环套一环。由于现在生产芯片的尺寸已经延展到纳米级，任何一个极其细微的差错就会导致整个生产的前功尽弃。 至此，在现代尖端芯片的生产中，就没有什么关键不关键之分，所有环节全是关键！而且这些所有的环节必须精密地配合在一起，才能生产出符合标准的芯片。

比如，以圆晶清洁系统为例，虽然有多个品牌的清洁系统都适用于某个尺寸的工艺，比如28纳米芯片。但这些情节系统却并不通用。哪怕是仅仅更换另一个品牌的清洁系统，甚至就是生产的芯片类型发生了变化，可能所有的工序都要调整。但这一调整，又可能会引起其他材料工具的工作异常，需要很长时间才能让生产恢复正常，甚至很可能调整到最后却发现根本无法将生产效率恢复正常，也就是没办法更换清洁系统了。

在未来2纳米芯片工艺上也是如此，现在获得突破的这个承载材料确实可以称得上是一次突破，但是不是将来的2纳米芯片工艺中会使用这个承载材料，却要看整个2纳米芯片工艺的环环相扣中有没有它的位置了。

当然，现在说这个还太远。 不管怎么说，这个材料可以当作储备知识先存起来，即便将来2纳米芯片工艺没用上它，指不定将来在什么东西的研发中就会用上呢？科学的发现总是有用的，现在看着用处不大的东西，将来说不定就是挑大梁的东西。

是真的，中科院研发的叫做叠层垂直纳米环栅晶体管，可以用于2纳米以下工艺。不过，这只是一种晶体管结构，距离实际应用还有很长的距离。

我们知道，半导体芯片发挥作用的就是晶体管。芯片的的技术水平，一般也要看每平方毫米多少晶体管。例如，Intel的芯片，10纳米技术节点，晶体管密度达到了1亿个晶体管，基本与三星的7纳米工艺相当，比台积电的7纳米芯片还要高一点。

晶体管也是多种多样的，以适应不同的无需求。每一种结构，各有特点，对芯片性能影响很大。例如，Intel的芯片广泛使用的FinFET工艺，采用的是鳍式晶体管，这个技术已经被广泛应用，在22、16、12、7等工艺节点上应用广泛。各大厂商基本都用这个设计，我国中芯国际，在14纳米工艺上开始使用这一技术。

但是，半导体发展到5nm、3nm节点，原有的鳍式晶体管已经不能满足需求了，就需要研发新型晶体管，来代替以前的设计方案。这些设计方案中，最有希望的GAA环绕栅极晶体管。据说，三星公司就计划在3纳米技术节点使用GAA环绕栅极晶体管。而第一家使用鳍式晶体管的企业Intel在5纳米就转向GAA技术。而台积电，也要在3纳米或者2纳米节点转向GAA技术。

具体到中国，就遇到麻烦了，美国已经严令GAA环绕栅极晶体管技术不得向中国提供。那么，中国势必要研发自己的技术应对。基本来说，中国是两条腿走路，一方面，自己研发GAA 技术，我国的复旦大学就已经进行了验证，已经可以发展出自己的技术。另一方面，研发自己的新型晶体管结构，这就是中科院研发的新型垂直纳米环栅晶体管，它被视为2nm及以下工艺的主要技术候选。

技术储备有了，但是实现技术也是个难题，中国目前没有极紫外光刻机，哪怕技术有了储备，也要等制造设备到位，这是个漫长的过程。

中科院攻克2nm芯片关键技术这件事是真的。

不过不用过于高兴，因为该技术只是制造芯片众多环节中的一个关键技术，严格来说它属于芯片设计的范畴。不是说攻克了该关键技术很快就能制造出2nm芯片。相反，我国离制造出2nm芯片还很遥远，还有很多难关要攻克，比如制造2nm芯片所需的光刻机丶光刻胶丶离子注入设备等等。

中科院攻克的2nm芯片关键技术是指成功研发出了新型垂直纳米珊晶体管。这种新型晶体管被视为2nm及以下工艺的主要技术候选。该技术比之前三星宣布的3nm工艺需要采用的GAA环绕珊极晶体管性能更强，功耗更低。

该技术的诞生说明我国的芯片设计能力己处于世界前列，跟世界顶尖国家基本上属于同一个水平。

哎！看到标题很兴奋，详细了解后，难免还是有些失望！该技术就象你得到了宫庭秘传胡辣汤中那几片牛肉的做法秘诀，但是，汤中放什么料以及配比的秘方还没有，做胡辣汤的锅丶碗丶勺丶瓢丶盆也没有，只能吧哒吧哒嘴，把快流出的口水咽了。

不过，随着国家的大力支持，一个个象这样的技术被攻克，我们总是离制造出高制程的芯片更近一步。

宫庭秘制胡辣汤早晚会喝上的！

何止两纳米，我们宣称都攻克0.1纳米了。问题是你相信吗？靠吹嘘是没用的。目前国际上真正大规模制作出来的最先进芯片，只有5纳米。比如华为mate40和苹果12用的芯片。

攻克的是设计环节，而非制造环节。

生产2nm芯片关键要看光刻机的先进程度，科研芯片和生辛芯片是两回事，就目前而言，我国还没有研究生产2nm芯片的光刻机，芯片越小，对光刻机的 科技 含量越高，光刻机属于世界高 科技 设备，据悉我国目前只有生产22nm芯片的光刻机，相信我国这次以国家科研院牵头，以举国之力，聚集全国科学家攻关，相信在不远的时间，我国一定会攻克生产小nm芯片光刻机的，祖国加油！

你说的是台湾省的中科院吧？

这个2nm指的不是生产工艺，而是指晶体管。目前各大厂商使用的都是FinFET鳍式晶体管，由于传统的硅基芯片受到摩尔定律的限制即将步入物理极限，所以科学家一直在寻找一种新型的晶体管材料或结构。这次中科院微电子研究所朱慧珑研究团队，提出并实现了世界上首个具有自对准栅极的叠层垂直纳米环栅晶体管，这种晶体管可用于2nm的生产工艺。不过现在我们国家最大的短板是在芯片制造环节，主要是卡在了光刻机上。在高端光刻机领域荷兰阿斯麦一家独大，老美出于打压中国的目的，是不可能允许其出售EUV给我们的。至于说攻克光刻机技术，应该是难度很大，至少短期内恐怕是不可能。希望我国科学家再接再厉吧，争取早日攻克包括光刻机在内的一系列“卡脖子”技术。

我的国目前还没这水平啊，7n这个样子，最瓶颈的就是光刻机机设备，还有很长的路哦！………[酷拽][酷拽][酷拽]

攻克2nm芯片关键技术，并非能流片或产出2nm芯片。2nm芯片的关键技术也并非只有光刻机，或许它就是光刻机中的某个技术。总之，路是一步步走出来的，只有将所有关键技术逐一攻克后，我们才能在芯片制造上迈出一大步，这就是集腋成裘。

网曝国产光刻机技术获得巨大突破，长春光机的技术有什么特征？

长春中科院在光刻机技术上面获得巨大突破，目前来说芯片制造仍然是我们的卡脖子问题，其实短时间内难以突破完成自主，这也是事实，目前来说整个芯片制造生产相关技术，我们自己的国产化不到50%，也就是说目前半导体领域产业链，我们还是非常依赖进口技术设备。

很多人都说芯片这个最主要的问题在光刻机，这个其实也没有错，但是也是并不完全对，光刻机是半导体芯片领域的最重要的环节之一，我们目前来说芯片领域的问题其实并不只是卡在光刻机技术上面，很多人都认为我们把光刻机技术攻克了，我们就可以完全实现自主化，这个说法有点草率了。

光刻机是我们众多难题里面的一个，其实其他的难题还在努力解决，不说其他就说硅片平面打磨技术我们都还是靠进口设备，这些只是被光刻机技术难题掩盖了而已，绝大多数人根本不知道这些，不过光刻机技术的确是我们目前最头疼的问题，也是最想要快速解决的问题，光刻机技术的难点在于四大方面。

第一方面就是光源系统，第二方面就是光学镜头系统，第三点就是双工平台系统，第四就是EDA系统，这四个只要有一个做不好，那么基本上就是达不到想要的成果，荷兰阿麦斯光刻机之所以能独霸，原因就在于它的十万个零件有欧美日韩等几十个国家共同提供，也就是说几乎是世界上科技最发达国家都加入了进去，并不是单独一个国家的水平。

我们国家之所以短时间难以突破，原因还是在于我们一个跟几十个较量，所以难度可想而知是什么样子的，知道这些了以后就不会觉得我们的科学家不够努力了吧，毕竟全世界没有哪个国家能单独生产出来高端光刻机，美国不行日本不行德国不行英国不行法国同样也不行，意大利荷兰更不可能，我们正在做他们做不到的事情。

虽然说我们现在的最先进的二十八纳米技术光刻机还在实验室里面，并没有真正的下线进入市场，主要的原因其实还是在精密度以及稳定性方面迟迟没有获得突破，虽然说过去几年陆陆续续都报道出来一些关键技术的突破，现实却是这些技术突破还在实验室里面，并没有真正的运用到实践当中，离真正运用到光刻机上面还有不少的时间。

这次长春突破的技术是光刻机关键技术之一，这种技术就是物镜系统里面的光学投影物镜制造，这个技术其实就是最关键技术之一的镜头物镜折射，用德国科学家的说法就是，这个镜头的镜片平面的平整度非常光滑，打一个比方就是把镜片放大到面积100平方公里 平整度需要保持在十厘米误差以内的平整度，可想而知难度有多高。

这次长春光机突破的这个技术就是这个了，镜片上面的突破，可以说光刻机最难的难点之一已经解决的时间不会太久，加上我们国家的光源系统稳定性也是非常好的，所以现在的两个核心问题技术获得突破，这个是可喜可贺的，但是也要明白突破并不代表已经完成，只是说技术突破离实际运用还早。

以我们这些年了投入跟技术突破，我们的光刻机很多技术已经得到解决，但是想要真正达到最先进水平并且用到生产上面，短时间内几乎不可能，按照现在的技术突破速度，我们想要达到先进水平，十五年内很难，因为这是一个产业链，并不是单独的某一样设备问题，整个产业链技术的提升才会真正帮助我们在光刻机在半导体领域获得全面突破达到自主话先进水平，所以说单独技术突破值得高兴，但是还是要认清现实需要更加努力，全方位努力才可以，不能偏科。