(自主研制的超分辨光刻鏡頭)

年初的“中興事件”暴露出我國基礎(chǔ)軟硬件尚有若干短板，其中半導(dǎo)體制造的短板尤為突出。而半導(dǎo)體制造的核心裝備高端光刻機(jī)幾乎完全被荷蘭ASML壟斷，因此國產(chǎn)自主光刻機(jī)研制成功的消息無疑令關(guān)心中國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人倍感振奮。

消息剛出的第一天輿論的反應(yīng)也幾乎都以贊揚(yáng)為主，可很快由于報(bào)道中缺少一些關(guān)鍵信息質(zhì)疑的聲音多了起來，而且其中不乏理性的聲音。

想要更客觀地評(píng)價(jià)自主超分辨光刻裝備項(xiàng)目的誕生對(duì)中國半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的意義，就勢必要對(duì)上述正反兩面的觀點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)梳理。

因此筆者目前只能做排除法，對(duì)荒謬的看法進(jìn)行駁斥，對(duì)值得商榷的觀點(diǎn)提出自己的意見。

有些正面報(bào)道和解讀還需繼續(xù)思考和深化

值得注意得是目前官方出于保密等種種原因披露的消息仍然偏少，因此還無法真正完全準(zhǔn)確客觀地對(duì)該自主光刻設(shè)備進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前公開的消息雖然非常激動(dòng)人心，但對(duì)于少數(shù)性能和產(chǎn)業(yè)化方面的關(guān)鍵內(nèi)容還缺乏詳細(xì)的陳述和數(shù)據(jù)的支撐。

比如軍報(bào)記者說到該光刻設(shè)備“光刻分辨力達(dá)到22納米，結(jié)合雙重曝光技術(shù)后，未來還可以用于制造10納米級(jí)別的芯片”。由于分辨力與各大半導(dǎo)體制造廠的宣稱制程之間存在較大的差異，因此這句話事實(shí)上存在前后矛盾的問題，這點(diǎn)也成為質(zhì)疑者提出的最有力的問題。

目前各大半導(dǎo)體制造商宣稱的線寬和早期半導(dǎo)體制造所使用線寬一詞存在很大的差異，其實(shí)際生產(chǎn)芯片的典型線寬往往要寬于宣稱的工藝制程不少。根據(jù)著名的電子行業(yè)情報(bào)咨詢公司TechInsights 2016年的一份調(diào)查，宣稱制程達(dá)到14/16nm的公司中，英特爾的典型線寬最小為24nm，三星和臺(tái)積電的典型線寬還要大得多。

(各半導(dǎo)體制造商的典型線寬都比宣稱的制程要大)

由于目前只有臺(tái)積電和三星量產(chǎn)了宣稱達(dá)到10納米制程的產(chǎn)品，其典型線寬按披露的數(shù)據(jù)看大約在22-26納米之間，因此22納米的線寬分辨力實(shí)際上就是10納米級(jí)別的芯片。上述報(bào)道中存在的矛盾之處確實(shí)需要相關(guān)人士進(jìn)行解釋。

贊美該自主光刻設(shè)備的人群有一種看法就是該項(xiàng)目所采用的表面等離子體(SP)光刻加工技術(shù)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)行的現(xiàn)在的光刻機(jī)，隨著技術(shù)的發(fā)展必將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)形成吊打。

某網(wǎng)站將其形容為原理性的勝利，并且認(rèn)為現(xiàn)階段自主光刻機(jī)與ASML的光刻機(jī)相比是不完善的火藥槍與弓箭的差別。

這種觀點(diǎn)無疑是大大夸大了此次自主光刻設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢，甚至有點(diǎn)盲目樂觀的味道了。誠然此次自主光刻設(shè)備由于采用了表面等離子體技術(shù)，使得光源的波長與線寬之比大大提高。由激光直寫、激光干涉等技術(shù)的2-4：1提升至現(xiàn)有的17：1。這意味著用該自主光刻設(shè)備生產(chǎn)半導(dǎo)體的光源成本將大大降低，同時(shí)還將繞過西方發(fā)達(dá)國家在半導(dǎo)體領(lǐng)域經(jīng)營數(shù)十年的專利壁壘，并且新技術(shù)還有較大的潛力可以挖掘。

不過同時(shí)走一條新路也即意味著需要進(jìn)行艱辛地探索，現(xiàn)有半導(dǎo)體制造經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟了。新制程的誕生除了帶來功耗的降低之外，對(duì)芯片的性能提升的作用很小了。這意味著自主新光刻工藝很有可能只有少數(shù)玩家，很難形成席卷行業(yè)的潮流，也很難進(jìn)行技術(shù)交流以取長補(bǔ)短。

因此選擇新技術(shù)的自主光刻設(shè)備更多地是從技術(shù)儲(chǔ)備和繞過西方的專利壁壘的考慮。在該技術(shù)發(fā)展成熟之前，不宜盲目的鼓吹。

反對(duì)的一方也有不少問題

12月1日網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)了一篇標(biāo)題出現(xiàn)了“真相”字眼的文章，文章引用了來自匿名專家的觀點(diǎn)，提出了不少富于建設(shè)性的問題。比如光刻分辨力22納米就是10納米芯片典型工藝的問題就是該文首先提出的。

不過在針對(duì)本次自主光刻設(shè)備是否能應(yīng)用到現(xiàn)有的電子芯片生產(chǎn)中以及該自主光刻設(shè)備是否是“世界首臺(tái)”的質(zhì)疑中，該行業(yè)匿名專家的批評(píng)顯得過于機(jī)械和嚴(yán)厲了。

首先對(duì)于能否應(yīng)用到現(xiàn)有電子芯片生產(chǎn)中的問題，該文章的說法是不能。據(jù)他所引用的匿名專家所說：“這個(gè)技術(shù)和我們熟悉的半導(dǎo)體集成電路完全無關(guān)，無法應(yīng)用在集成電路領(lǐng)域”“適用于特殊應(yīng)用，類似的應(yīng)用范圍是光纖領(lǐng)域，5G天線，或者是他們自己演示的用于科研領(lǐng)域的單光子探測器”。

此外該文還引述了水木社區(qū)的一個(gè)帖子，發(fā)帖的網(wǎng)友展示了據(jù)說是截自知乎的一個(gè)圖片。圖片中的知乎用戶宣稱自己就來自于中科院光電所，該設(shè)備“可以做簡單的線，點(diǎn)，光柵部件，拿來做刻芯片這種超級(jí)復(fù)雜的IC制造是完全沒有可能的”，該用戶同時(shí)還抱怨媒體胡亂報(bào)道進(jìn)行炒作。

對(duì)于該文的質(zhì)疑，筆者認(rèn)為所謂知乎“深喉”爆料可信度不高，甚至目前連是不是真的有這樣一個(gè)回答都是個(gè)問題，不值一駁。該匿名專家的話倒是非常符合該技術(shù)過去的一些應(yīng)用情況。

那這次國產(chǎn)光刻設(shè)備呢?該文章在這里打了個(gè)馬虎眼，說該技術(shù)只能生產(chǎn)簡單元件，問題是簡單元件本來就是模糊不清的定義。不過早在11月30日凌晨央視13頻道的《午夜新聞欄目》中，該項(xiàng)目副總設(shè)計(jì)師胡松就說到該設(shè)備可以加工十毫米乘十毫米范圍的芯片。

(該項(xiàng)目副總設(shè)計(jì)師披露的設(shè)備性能情況)

當(dāng)然你要硬說面積100平方毫米的芯片是簡單的元件也不是沒有道理，不過大多數(shù)探測器和傳感器也比這要小。甚至連蘋果的A11芯片核心面積也就87.66平方毫米，而華為手機(jī)搭載的麒麟970芯片也就是96.72平方毫米。

用動(dòng)輒200-300平方毫米甚至更高的桌面CPU或顯卡芯片來衡量該國產(chǎn)設(shè)備，把不符合這一標(biāo)準(zhǔn)的芯片都叫做簡單元件似乎有點(diǎn)過分苛刻了。

該文同時(shí)還指出該項(xiàng)目宣稱的世界首臺(tái)是有問題的。一方面文章繼續(xù)引述知乎用戶的話說“這個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了激光束22nm(國內(nèi)肯定是領(lǐng)先的，國際上肯定是落后的)”。一方面受訪的匿名專家表示“這一技術(shù)并非中國首創(chuàng)，國外有很多實(shí)驗(yàn)室也做出了成品驗(yàn)證機(jī)，效果還優(yōu)于中科院，甚至都達(dá)不到國際領(lǐng)先的程度”。

同時(shí)文章還把該專家提供的一幅國外同樣使用表面等離子體光刻技術(shù)的圖案與新聞中自主光刻設(shè)備的圖案進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為“從他們演示的圖形就可以看到LWR粗糙，歪歪斜斜，圖像保真度非常低，只能作為技術(shù)驗(yàn)證，不能作為真實(shí)生產(chǎn)，更不要說量產(chǎn)可能了”。

由于該專家未能公布圖像來源，筆者也未能在英文文獻(xiàn)中找到類似的圖形，姑且認(rèn)為該匿名專家提供為真，并將對(duì)比圖貼在下面。

(左圖為該匿名專家提供的疑似國外50nm同原理的圖像，右圖為該自主光刻設(shè)備新聞發(fā)布時(shí)的配圖)

筆者認(rèn)為從種種跡象而言，該匿名專家確實(shí)專業(yè)，非常了解國外該技術(shù)的現(xiàn)狀，不過沒有充分的了解國內(nèi)本次自主項(xiàng)目的一些相關(guān)情況。筆者注意到該專家提供的國外技術(shù)團(tuán)隊(duì)的圖片角標(biāo)為50納米，而國內(nèi)的為22納米。

顯然線寬更小的樣品放大倍數(shù)必須更高才能生成同樣大小的圖案，而且新聞中攝像機(jī)與圖片的法線夾角非常大，也很容易讓人產(chǎn)生歪歪斜斜的印象。下圖中筆者從該所研究員在《科學(xué)通報(bào)》發(fā)表的著名文章《表面等離子體超衍射光學(xué)光刻》中截取了自主技術(shù)分別在線寬45納米和22納米照片，并與該匿名專家提供的疑似50納米線寬圖像進(jìn)行對(duì)比，事實(shí)證明45納米線寬下自主工藝與疑似國外的質(zhì)量差距非常小。

(左上圖為該匿名專家提供的疑似國外50nm同原理的圖像，右上圖為45nm自主工藝的圖像，左下角為自主工藝22nm的圖像，右下圖為該自主光刻設(shè)備新聞發(fā)布時(shí)的配圖，展板上的圖片疑似與左下角同一張圖片，由于角度問題顯得線路更歪一些)

同時(shí)，該匿名專家也未能提供該國外實(shí)驗(yàn)的背景。要知道實(shí)驗(yàn)室研究主要追求的是速度而非良品率。因此實(shí)驗(yàn)操作人員很難像工業(yè)生產(chǎn)一樣按照最嚴(yán)格的操作流程來，不能簡單地就以一幅圖像下結(jié)論。

同時(shí)，筆者未能找到采用相同原理且線寬同樣達(dá)到或超過22納米的英文文獻(xiàn)，所以暫時(shí)不能就該設(shè)備是否是“世界首臺(tái)分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備”下結(jié)論。但是筆者同時(shí)認(rèn)為只要國外沒有公開這樣的設(shè)備，哪怕所謂的分辨力最高有強(qiáng)行蹭“世界首臺(tái)”的嫌疑，也不能說這就是假的。

面對(duì)技術(shù)突破要有雅量也要客觀評(píng)論

當(dāng)國內(nèi)科研工作者做出好的成果時(shí)，宣傳部門出于及時(shí)向全國人民報(bào)喜的考慮，往往不能提供反面的評(píng)論。即使提出一些問題，更多的還是以普通人的視角去提出。因此公開之后，往往會(huì)有始料未及的批評(píng)，甚至像賀建奎“基因編輯嬰兒”一樣出現(xiàn)輿論反轉(zhuǎn)。

因此做出技術(shù)突破的部門要對(duì)批評(píng)更有雅量，甚至于主動(dòng)地自我批評(píng)，在公布時(shí)適當(dāng)對(duì)成果的局限性做一些介紹，如此公眾方能更加科學(xué)理性的進(jìn)行支持。

同時(shí)批評(píng)者也應(yīng)當(dāng)盡可能地從該項(xiàng)目本身出發(fā)，就事論事公正客觀地看待國內(nèi)的技術(shù)突破。同時(shí)批評(píng)者除內(nèi)部曝料人外即使出于種種原因不實(shí)名進(jìn)行評(píng)論，也應(yīng)當(dāng)盡可能公開依據(jù)的來源以方便讀者真正做出自己自己的判斷找到真相。