漂亮国欲让芯片制造回流,华尔街却不买账!造出0.7nm芯片,EUV光刻机做不到!

滤波器 2022-09-27 12:47

1.  漂亮国造出0.7nm芯片,EUV光刻机做不到!

本周,美国公司Zyvex使用电子束光刻技术制造了768皮米,也就是0.7nm的芯片。

Zyvex推出的光刻系统名为ZyvexLitho1,基于STM扫描隧道显微镜,使用的是EBL电子束光刻方式,制造出了0.7nm线宽的芯片,这个精度是远高于EUV光刻系统的,相当于2个硅原子的宽度,是当前制造精度最高的光刻系统。

这个光刻机制造出来的芯片主要是用于量子计算机,可以制造出高精度的固态量子器件,以及纳米器件及材料,对量子计算机来说精度非常重要。

ZyvexLitho1不仅是精度最高的电子束光刻机,而且还是可以商用的,Zyvex公司已经可以接受其他人的订单,机器可以在6个月内出货。

2015年费曼奖得主、硅量子计算公司的首席执行官、新南威尔士大学量子计算和通信技术中心主任Michelle Simmons教授表示,“建立一个可扩展的量子计算机有许多挑战。我们坚信,要实现量子计算的全部潜力,需要高精度的制造。我们对ZyvexLitho1感到兴奋,这是第一个提供原子级精密图案的商业化工具。”

STM光刻技术的发明者、2014年费曼奖得主、伊利诺伊大学教授Joe Lyding表示:“到目前为止,Zyvex实验室的技术是最先进的,也是这种原子级精确光刻技术的唯一商业化实现。”

Zyvex是致力于生产原子级精密制造工具的纳米技术公司。这个产品是在DARPA(国防高级研究计划局)、陆军研究办公室、能源部先进制造办公室和德克萨斯大学达拉斯分校的Reza Moheimani教授的支持下完成的,他最近被国际自动控制联合会授予工业成就奖,“以支持单原子规模的量子硅设备制造的控制发展”。

 氢去钝化光刻(HDL):实现更高的分辨率和精度

氢去钝化光刻(HDL)是电子束光刻(EBL)的一种形式,它通过非常简单的仪器实现原子分辨率,并使用能量非常低的电子。它使用量子物理学有效地聚焦低能电子和振动加热方法,以产生高度非线性(多电子)的曝光机制。HDL使用附着在硅表面的单层H原子作为非常薄的抗蚀剂层,并使用电子刺激解吸在抗蚀剂中创建图案。

传统EBL使用大型昂贵的电子光学系统和非常高的能量(200Kev)来实现小光斑尺寸;但是高能电子(获得小光斑尺寸所必需的)分散在传统EBL使用的聚合物抗蚀剂中,并分散沉积的能量,从而形成更大的结构。HDL实现了比传统EBL更高的分辨率和精度。

数据显示,光刻胶中的沉积能量不会下降到光束中心的10%,直到径向距离约为4nm。

使用HDL,实验团队能够暴露比EBL的10%阈值半径小>10倍的单个原子。这个小得多的曝光区域令人惊讶,因为HDL不使用光学器件,只是将钨金属尖端放置在H钝化硅样品上方约1nm处。人们会期望,如果没有光学器件来聚焦来自尖端的电子,那么曝光区域会更大。

距H钝化硅表面约1nm的W扫描隧穿显微镜(STM)尖端

电子似乎不太可能只遵循暴露单个H原子所需的实心箭头路径。为了解决这个谜团,我们必须了解电子实际上不是从尖端发射(在成像和原子精密光刻模式下),而是从样品到尖端(在成像模式下)或从尖端到样品(在光刻模式下)模式。使用具有无限平坦和导电衬底的简单模型、STM尖端顶点处单个W原子的发射以及简化的隧穿电流模型,我们将看到电流随着隧穿距离呈指数下降。

嵌入ZyvexLitho1的是ZyVector。这个20位数字控制系统具有低噪音、低延迟的特点,使用户能够为固态量子设备和其他纳米设备和材料制作原子级的精确图案。ZyvexLitho1是一个完整的扫描隧穿光刻系统,具有任何其他商业扫描隧穿光刻系统不具备的功能:能够实现无失真成像、自适应电流反馈回路、自动晶格对准、数字矢量光刻、自动化脚本和内置计量。

不仅如此,完整的ZyvexLitho1系统还包括一个为制造量子器件而配置的ScientaOmicron超高真空STM(扫描隧穿显微镜)。ScientaOmicron的SPM产品经理Andreas Bettac博士表示:“在这里,我们将最新的超高真空系统设计和ScientaOmicron的成熟的SPM与Zyvex的STM光刻专用的高精度STM控制器相结合。我期待与Zyvex继续进行富有成效的合作。”

虽然EBL电子束光刻机的精度可以轻松超过EUV光刻机,但是,这种技术的缺点也很明显,那就是产量很低,无法大规模制造芯片,只适合制作那些小批量的高精度芯片或者器件,指望它们取代EUV光刻机也不现实。

2.  漂亮国欲让芯片制造回流,华尔街却不买账!

英特尔公司(Intel Corp., INTC)的帕特·基辛格(Patrick Gelsinger)目前可能是最受美国政府青睐的首席执行官。上周五,在俄亥俄州哥伦布附近一座造价200多亿美元的半导体制造厂奠基仪式上,基辛格和来自两党的部分议员、俄亥俄州共和党籍州长迈克·德万(Mike DeWine)以及总统拜登(Joe Biden)一同现身。

“就在这里、在俄亥俄州,我们将生产世界上最先进的东西,”基辛格宣布,“我们毫无保留,将竭尽全力帮助美国重获制造业核心地位以及无可置疑的技术领先实力。”

对于那些一心重振国内制造业的美国议员来说,这些话简直就是天籁之音。而华尔街对基辛格计划的反应较为冷淡,该计划包括未来几年在全球投资高达1,000亿美元建设半导体制造厂。

自基辛格于2021年2月出任CEO以来,英特尔的股价已累计下跌约50%。该公司市值甚至已不及在销售先进制程微处理器方面长期落后于自身的Advanced Micro Devices Inc. (AMD)。

英特尔在采用最先进的制造工艺方面未能跟上竞争对手的步伐(该公司目前正急于改正这一点),再加上个人电脑销量下滑以及经济衰退相关担忧,这些都在拖累其股价。还有一个更深层次的问题:两党日益达成共识,认为从芯片到电动汽车电池等关键技术必须在美国制造,而不是在亚洲、尤其是中国,而英特尔股东可能并不认同这一点。

在美国,私募市场会将资本配置到回报率最高的地方。以前回报率最高的是先进制造业。很长一段时间里,英特尔的晶圆厂在规模和效率方面都无可匹敌,并设计出了世界上最受欢迎的处理器。


从十多年前开始,这种必要的规模经济令企业不堪重负;如今一个晶圆厂的造价超过100亿美元。除了最大的制造商之外,其他所有制造商都缺乏这种规模效应来创造令投资者满意的资本回报。

规模比英特尔小得多的AMD曾在这种成本的压力下苦苦挣扎。2009年,AMD采纳“无晶圆厂”方式,将工厂剥离出去,同时将芯片制造业务外包,主要是外包给台湾积体电路制造股份有限公司(Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., 2330.TW, TSM, 简称﹕台积电)。台积电是一家“晶圆代工厂”,制造由其他公司设计的芯片。投行Northland Capital Markets分析师Gus Richard说,要是AMD当初不剥离晶圆厂,“肯定已经被淘汰了,当时就差一点点”。

无晶圆厂趋势迎合了华尔街整体上对轻资产公司的青睐,轻资产公司通过其知识产权、品牌或拥有数百万用户的平台,以最小的资本提供潜在的惊人回报。私募股权投资管理公司凯雷投资集团(Carlyle Group, CG)首席经济学家Jason Thomas说,相反,那些依赖工厂和设备等有形资产的公司估值就受到了影响。他说,有形资产是“不可逆的,你不可能卖掉半个你不需要的工厂”,而且如果所有者极度迫切地希望脱手资产,其价值就会被压得更低。

克莱顿·克里斯坦森(Clayton Christensen)等管理大师对优先考虑资本回报的智慧提出质疑,这一观点得到了一些亚洲公司的认同。台积电创始人兼CEO张忠谋(Morris Chang)在2009年对克里斯坦森说,到处都是资本,而且很廉价,那么美国人为什么如此害怕使用资本?(讽刺的是,台积电目前是世界上市值最高的半导体公司)。

从历史上看,日本、台湾和韩国企业对资本回报、每股收益和股价的关注可能低于美企,因为创始家族、结成联盟的公司或政府是这些企业的主要股东。今日的中国就是这种情况的一个极端例子:政府要么完全拥有主要制造商,要么是主要股东,要么充当其抵御外国竞争的保护者。

与许多行业一样,芯片制造业经历了向亚洲的迁移,那里劳动力充足,资本充裕,还有大量补贴可拿。与此同时,美国公司的优势集中到了知识和技术方面:如英伟达(Nvidia Corp., NVDA)、AMD、高通公司(Qualcomm Inc., QCOM)、苹果公司(Apple Inc., AAPL)(就某些产品而言)等芯片设计公司,益华电脑(Cadence Design Systems Inc., CDNS)和新思科技(Synopsys Inc., SNPS)等芯片设计软件提供商,以及应用材料(Applied Materials Inc., AMAT)和泛林集团(Lam Research Co., LRCX)等芯片制造设备生产商。

很长时间以来,美国领导人将此视为互惠互利的比较优势的一种体现。但是,新冠疫情导致的供应链严重受阻以及俄罗斯和中国的好战行为使他们意识到,从亚洲进口如此多重要产品具有战略风险。拜登上周五表示,仅仅在美国研发先进技术已经不够了,还必须在美国制造。

基辛格对英特尔的定位是既要设计也要制造。2020年,英特尔曾面临采取无晶圆厂模式的压力,但基辛格去年出任CEO后大举投资芯片制造,宣布英特尔将在芯片代工方面与台积电展开竞争。他在3月份对国会说,英特尔是“美国唯一一家集前沿设计和内部制造为一体的公司”。但他警告说,与亚洲相比,英特尔在成本上存在30%-50%的劣势。亚洲的芯片制造往往会得到大量补贴。

在英特尔等一些芯片制造商的游说助力下,美国国会7月份通过了两党支持的《芯片与科学法案》(Chips and Science Act),按照该法案,近530亿美元的补贴将用于在美国建立或扩大晶圆厂。这对英特尔有一定帮助,但还不够。该公司需要为新晶圆厂、改造现有晶圆厂的制造工艺和股息筹集资金,而目前的状况是利润率正承受压力。为了节约资金,英特尔已邀请Brookfield Asset Management Inc.作为晶圆厂的共同投资人,并将首先建造厂房架构,等到有需求的时候才配备设备。此外,美国政府对向中国芯片公司提供关键技术予以限制,这也令英特尔受益。

Northland Capital Markets的Richard说:“他们战略中最重要的部分是重新获得工艺技术的主导地位,我认为他们可以做到这一点,无非是要花上两三年时间而已。”

然而,即使相当大一部分半导体制造份额回归美国,这对美国制造业“回流”整体计划的参考价值可能也有限。无数其他公司同样面临着实现股东回报最大化的巨大压力,而它们没有美国政府的援手。


|推荐阅读|



  • SAW声表滤波器与BAW滤波器技术

  • 2022及2023年全球半导体市场预测

  • 封装基板技术

  • BAW技术新突破:Kt²达21%以上

  • 美国断供工业之母EDA

  • 使用超过10年的基站天线之拆机详解

  • 爱立信收购凯仕林天线和滤波器部门

  • 滤波器专业英语初级篇(更新版)

  • 国内首款BAW四工器产品下线

  • 5G陶瓷介质滤波器逐步成为行业主流!

  • 这25家滤波器公司都不知道,真是白活了

© 滤波器 微信公众号

滤波器 欢迎滤波器+微波射频行业人士关注! 掘弃平庸,学习更专业的技术知识!
评论 (0)
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦