光刻機(jī)是晶圓生產(chǎn)線中最為核心的生產(chǎn)設(shè)備，發(fā)展歷程也是經(jīng)過(guò)了數(shù)代的更迭。
如果以大規(guī)模商業(yè)性應(yīng)用為標(biāo)準(zhǔn)線，大體上看，六十年代是接觸式光刻機(jī)、接近式光刻機(jī)的時(shí)代，到七十年代光刻機(jī)設(shè)備主流更新到了投影式光刻機(jī)，八十年代更新到步進(jìn)式光刻機(jī)，九十年代更新到步進(jìn)式掃描光刻機(jī)，新世紀(jì)初期浸入式光刻機(jī)大行其道。
二十一世紀(jì)之后，得益于華人科學(xué)家林本堅(jiān)博士的光刻膠上方加水創(chuàng)意，忽然獲得大絕招的asml以侵入式光刻機(jī)一舉把日系光刻機(jī)廠商從云端打入塵埃，只用了不到幾年時(shí)間就壟斷了全球70%的光刻機(jī)市場(chǎng)。
由于光本質(zhì)是波的緣故，在微觀物理世界波長(zhǎng)越短的光精度就越高，換句話說(shuō)光的波長(zhǎng)越短，在晶圓上刻下的線就越細(xì)。
早期的摩爾定律是預(yù)言集成電路密度每年翻倍，直到1975年摩爾定律才改成未來(lái)人盡所知的每十八個(gè)月。
根據(jù)瑞利公式：cd=1*(λ/na)，其中cd代表著曝光尺寸或者叫做光刻的最小尺寸，比如5.0微米、3.0微米什么的，甚至直接代指晶圓生產(chǎn)線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，1代表著干擾降低光刻尺寸的綜合因素，比如光刻膠，比如車間環(huán)境供電電壓等等。
na代表著鏡頭的數(shù)值孔徑這玩意的學(xué)術(shù)描述比較復(fù)雜，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是na值越大透光越多分辨率越高。
λ這玩意經(jīng)過(guò)義務(wù)九年的都知道，代表著光的波長(zhǎng)，在公式中波長(zhǎng)越低光刻機(jī)的精度就越高。
因此實(shí)現(xiàn)摩爾定律的前提就是減小1、λ的數(shù)值，搞大na的數(shù)值。
相比磨鏡頭這種比較坑爹見(jiàn)效很慢的耐心活，縮短光的波長(zhǎng)就成了提升光刻機(jī)精度最為直接也最為優(yōu)先的手段。
早期光刻機(jī)土鱉的很，基本都是從電影攝像機(jī)上改造出來(lái)的，曝光光源也比較奇葩從光譜紅外端到近紫外段用啥的都有，
不過(guò)隨著摩爾定律的生效，光源迅速?gòu)募t外端向紫外端移動(dòng)，鏡頭也迅速超越了電影鏡頭所要求的精度，越來(lái)越專業(yè)加工越來(lái)越難。
時(shí)間到了八十年代，光刻機(jī)的主流光源開(kāi)始使用高壓汞燈，其波長(zhǎng)為365nm產(chǎn)業(yè)界管這玩意叫～ i-line。
九十年代初期，光刻機(jī)的精度進(jìn)入到1.0微米以下之后，高壓汞燈所提供的356nm波長(zhǎng)就顯得很大了，因此r 激光器成了光刻機(jī)的主流光源，其產(chǎn)生的48 nm波長(zhǎng)的光源足夠把晶圓生產(chǎn)線的線寬推進(jìn)到納米時(shí)代。
九十年代中期，隨著晶圓生產(chǎn)線線寬的進(jìn)一步降低，193nm波長(zhǎng)的 duv 激光開(kāi)始嶄露頭角，duv激光也是著名的ar準(zhǔn)分子激光，包括治療近視眼手術(shù)在內(nèi)的多種跨行業(yè)工程應(yīng)用都使用這種激光，相關(guān)激光發(fā)生器和光學(xué)鏡片等技術(shù)都比較成熟。
在電子產(chǎn)業(yè)慶幸193nm光源由于應(yīng)用范圍極廣導(dǎo)致研發(fā)成本降低的愉悅壓根就沒(méi)享受幾天，光刻光源的縮短之旅直接被卡在193nm無(wú)法進(jìn)步。
從九十年代中期開(kāi)始，直到梁遠(yuǎn)偷渡之前，光刻機(jī)的光源一直維持在193nm已經(jīng)接近二十年，可以說(shuō)直到某人偷渡位面那一刻，全球所有主流手機(jī)、電腦、平板、超級(jí)計(jì)算機(jī)、顯卡、路由器的主芯片仍舊是193nm光源光刻出來(lái)的，193nm光源成了人類信息時(shí)代超高速發(fā)展中第一塊頑固不變的基石。
自1975年摩爾定律或者叫做摩爾預(yù)言成熟起，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)沿著摩爾博士給出的這條科技大路一路狂奔了二十多年，直到二十世紀(jì)的末期才撞上了一道無(wú)法突破的鐵壁～～193nm，光刻機(jī)光源在這個(gè)波長(zhǎng)上卡了足有小二十年，英特在世紀(jì)之交被吐槽成牙膏廠只是光刻機(jī)技術(shù)停步不前時(shí)消費(fèi)領(lǐng)域產(chǎn)生的一線反應(yīng)而已。
自九十年代中期開(kāi)始，科學(xué)家和電子產(chǎn)業(yè)界提出了各種超越 193nm 的方案，其中包括 157nm激光，電子束投射(epl)，離子投射(ipl)、euv(13.5nm)和 光，幾年的發(fā)展之后在世紀(jì)之交形成了幾大技術(shù)陣營(yíng)。
157nm ：每家大型光刻公司都在研究，但唯獨(dú)東洋尼康第一個(gè)推出了達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。
157nm 光會(huì)被現(xiàn)有主流193nm機(jī)器所用的鏡片吸收，光刻膠也要重新研制，所以產(chǎn)線改造難度極大，幾乎是另起爐灶的重新再來(lái)，而157nm光源對(duì) 193nm的波長(zhǎng)進(jìn)步只有不到 5%，研發(fā)投入產(chǎn)出比實(shí)在太低。
也不知道東洋是幸還是不幸，得益于其國(guó)民性的工匠精神死磕波長(zhǎng)縮短的尼康屬實(shí)偉大，第一個(gè)解決了困擾世界十來(lái)年的光源波長(zhǎng)問(wèn)題。
但可惜的是，彼時(shí)華人科學(xué)家林本堅(jiān)博士光刻膠上加水的創(chuàng)意已經(jīng)把193光源的波長(zhǎng)通過(guò)折射直接變成137nm未來(lái)更把193光源的線寬直接推進(jìn)到了十納米以下，直接把尼康投入巨資所研發(fā)的技術(shù)毫無(wú)懸念的送回了老家。
這件事絕對(duì)可以載入人類電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展史，可以說(shuō)林本堅(jiān)博士以一己之力直接擊沉了東洋電子產(chǎn)業(yè)都不為過(guò)，要知道尼康研發(fā)157nm的光源絕不是一個(gè)光源的問(wèn)題，其配套的鏡頭、光刻膠、化學(xué)制劑、車間電路等等幾乎都是全新的，差不多等于把整個(gè)晶圓生產(chǎn)線或者電子產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)全都換了一遍。
得益于東洋強(qiáng)大的電子配套產(chǎn)業(yè)實(shí)力，圍繞著157nm光源，東洋系電子產(chǎn)業(yè)鏈參與進(jìn)去了無(wú)數(shù)的大小公司，結(jié)果都被一起打折了脊梁，在梁遠(yuǎn)偷渡之前，東洋廣場(chǎng)協(xié)議之后，東洋經(jīng)濟(jì)之所以失落長(zhǎng)達(dá)二十年之久，林本堅(jiān)博士絕對(duì)功不可沒(méi)。
除了憋屈死掉的157光源之外，13.5nm euv llc也是梁遠(yuǎn)偷渡之前人類技術(shù)上限中最有可能投入到大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用中的光源，這個(gè)陣營(yíng)包括英特爾、amd、摩托羅拉、美國(guó)能源部、asml、英飛凌、micron等。
1nm接近式 光：這個(gè)陣營(yíng)包括aset、mitsubishi，、nec、toshiba，、ntt、ibm、摩托羅拉，這也是一個(gè)被林本堅(jiān)博士擊沉的陣營(yíng)，由于實(shí)驗(yàn)室向來(lái)比產(chǎn)業(yè)界前沿的緣故，這個(gè)陣營(yíng)起始于八十年末期，采用接近式曝光方式生產(chǎn)，原計(jì)劃可以作為157光源之后的后補(bǔ)技術(shù)登場(chǎng)，到了新世紀(jì)雖然沒(méi)有尼康那般倒霉剛好產(chǎn)品成熟，不過(guò)美日兩國(guó)也各自在這個(gè)方向上投入了數(shù)十億美元的巨資，還未問(wèn)世就已經(jīng)涼涼也不知道是幸還是不幸。
0.004nm ebd 或 epl:朗訊～貝爾實(shí)驗(yàn)室、ibm、佳能、尼康，asml被邀請(qǐng)加入后又率先退出，這個(gè)陣營(yíng)的學(xué)名叫做電子束直寫技術(shù)，是所有光刻技術(shù)陣營(yíng)中看起來(lái)最吊也最浪漫的那個(gè)，同樣也是光刻技術(shù)的物理極限，更是方偉林的主要來(lái)意。
尼康在被asml擊敗之后，曾押寶電子束直寫技術(shù)拼死一搏，可惜這玩意的研發(fā)難度堪稱電子行業(yè)的可控核聚變，直到梁遠(yuǎn)偷渡那一刻也沒(méi)聽(tīng)到入坑十年的尼康搞出什么大新聞。
一般來(lái)說(shuō)，科技的前沿以大學(xué)為主多從事基礎(chǔ)科技研發(fā)，基礎(chǔ)科技往往領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)應(yīng)用十幾年甚至上百年的時(shí)間，比如愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程和相對(duì)論，產(chǎn)業(yè)的前沿則是以大學(xué)定向?qū)嶒?yàn)室和各類企業(yè)研究所為主，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)基本就是未來(lái)的工業(yè)界主流技術(shù)，往往領(lǐng)先工業(yè)界現(xiàn)有技術(shù)五至十年，比如諾基亞實(shí)驗(yàn)室在000年曾經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中搞出了和蘋果手機(jī)類似的個(gè)人電子終端，可惜被諾基亞高管槍斃掉了。
同樣，在九十年代初，從事電子產(chǎn)業(yè)研發(fā)的各大公司前沿實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)發(fā)覺(jué)193nm波長(zhǎng)之后，光源的發(fā)展忽然陷入了極大的困境，現(xiàn)有的材料完全不支持更短波長(zhǎng)的光源有大批量應(yīng)用的可能，繼續(xù)縮短波長(zhǎng)只能寄托于新材料的發(fā)現(xiàn)或者死磕收益率不高的153nm波長(zhǎng)的光源，更新現(xiàn)有電子產(chǎn)業(yè)的大部分設(shè)備。
由于芯片產(chǎn)業(yè)屬于高技術(shù)行業(yè)的緣故，前沿和生產(chǎn)一線的聯(lián)系十分緊密，實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)困境很快就傳導(dǎo)到了產(chǎn)業(yè)界，結(jié)果雖然193nm的光源還未普及，但未來(lái)的陣營(yíng)已經(jīng)隱隱有了跡象。
港基集電作為共和國(guó)唯一一家能摸到產(chǎn)業(yè)前沿尾巴的微電子集團(tuán)，內(nèi)部對(duì)未來(lái)的技術(shù)路線自然也是爭(zhēng)執(zhí)不斷，有站隊(duì)193nm決定只看眼前的，有站隊(duì)153nm的，相比193nm提升5%也是提升對(duì)不對(duì)，相比極紫外光反射式euv光刻，153nm設(shè)備的研發(fā)難度真是縮小了一個(gè)數(shù)量級(jí)，看起來(lái)是個(gè)彎道超車的好方案。
還有一部分膽子不小性情激進(jìn)的研發(fā)人員直接站隊(duì)euv，而最激進(jìn)的就是看好電子束直寫技術(shù)是未來(lái)突破193nm光源的最佳選擇。
未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代有句流傳很廣的大實(shí)話，只有吊絲才做選擇題，土豪從來(lái)都是全要，港基集電就是全球電子產(chǎn)業(yè)中的吊絲，哪有精力在四個(gè)陣營(yíng)全部投入研發(fā)經(jīng)費(fèi)，能堅(jiān)守住一個(gè)陣營(yíng)不被落下太遠(yuǎn)就已經(jīng)謝天謝地了。
經(jīng)費(fèi)有限，個(gè)人又都認(rèn)為面對(duì)若隱若現(xiàn)的193nm門檻，自己的方向才是正確的，在梁遠(yuǎn)不干預(yù)的情況下港基集電內(nèi)部已經(jīng)吵成了一團(tuán)，而電子束直寫方案是第一個(gè)被港基集電高層槍斃掉的方案。
電子束直寫技術(shù)由于電子束的特性緣故，在精度上可以領(lǐng)先曝光技術(shù)四、五個(gè)世代，也就是說(shuō)在晶圓生產(chǎn)線主流技術(shù)為1.0微米的時(shí)代，電子束直寫技術(shù)可以把制程線寬直接推進(jìn)到0.13微米。
看起來(lái)這么牛的技術(shù)為啥被港基集電高管第一時(shí)間斃掉了？
一般來(lái)說(shuō)，九十年代初期，主流技術(shù)的光刻機(jī)每小時(shí)加工的晶圓數(shù)量大約150至00片之間，而電子束直寫技術(shù)加工晶圓的數(shù)量大約為每小時(shí)三至五片，最坑爹的是隨著未來(lái)芯片的復(fù)雜程度快速提高，港基集電預(yù)估電子束直寫技術(shù)的加工能力還會(huì)恐怖從每小時(shí)三至五片晶圓下降為每小時(shí)加工三至五枚芯片的程度。
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