华为与中科院研发光刻机的可能性分析。
一、芯片制造工艺简介
先简单解释一下芯片制造的流程，让大家明白下面这些技术名词。如果你理解了这个过程，可以跳到二读。
这里跳过了与主题无关的晶圆制造和封测环节。
你可以想象刻一枚邮票的过程。假设我们要用阴(对应阳)刻一枚邮票(字是凹的，背景是凸的，所以需要扣除字的笔画)，上面两个字:“仁义”。下面的例子是为了说明芯片的制造方法，真的刻上印章就没那么麻烦了。步骤大致如下:1。设计:设计要刻在纸上的文字。2.刻字:用刻刀刻出一个字的笔画。这张纸叫做字体。3.强化印章的刻字表面(在印章的实际雕刻中没有这样的步骤)。4.油漆:在密封基材上涂一层油漆。5.排版:在画稿上复制排版(将排版铺在画稿上，画出笔画)。6.字符显示:去掉被汉字和笔画覆盖的颜料，留下没有笔画的颜料。此时印章未上漆的部分显示“仁义”二字(此处忽略镜像倒置问题)。7.刻字，也就是用刻刀把没有油漆的部分刻上去。8.去除油漆并洗掉剩余的油漆。
制作芯片的步骤与上述雕刻纸张的步骤一一对应(省略其他与本文内容无关的步骤，如基板抛光和多次清洗步骤等。): 1.芯片布局/布线设计(相当于设计)。2.制作掩膜，即根据设计制作布局图案掩膜(相当于雕刻)。3.晶圆表面氧化(相当于印章刻字表面处理)4。涂胶，即在基材上涂光刻胶(相当于喷漆)。5.光刻，即利用光透过掩模板照射光刻胶(相当于字体复制)。在这个步骤中使用掩模对准器。6.显影，即去掉一部分被光照射的光刻胶(相当于显影的话)。7.刻蚀，即去除晶圆表面的氧化膜，露出下面的高纯硅(相当于刻字)。8.脱粘，即清洗晶圆表面残留的光刻胶(相当于脱漆)。
光刻的效果是硅片表面的二氧化硅薄膜的图案与掩膜完全一致，相当于将掩膜上的图案转移到硅片表面的二氧化硅上，使二氧化硅表面有无数个与掩膜完全一致的天窗，为后续工艺做准备，就好像批量复制了与掩膜相同图案的二氧化硅薄膜，贴在硅片表面一样。
芯片制作还有一个步骤:掺杂，即将不同的金属离子注入到不同工艺无数天窗下的硅衬底中，使这些区域改变特性，形成所需的半导体电学性质(即形成一个P型或N型半导体，在两个不同的半导体微区之间形成单向的P/N结，三个连续的PNP或NPN区包含两个P/N结，形成具有放大效应的三极管，是集成电路最基本的元件)。
需要指出的是，VLSI芯片极其复杂，需要几十个步骤。步骤1对于某个芯片只需要一次，步骤2只需要一次，但是每一步都需要做不同的掩膜。步骤3到8需要重复几十次，每个工艺一次，每次使用不同的掩膜，不同工艺的具体步骤可能差别很大，比如布线工艺，但是光刻步骤总是需要的。
第二，掩模对准器R&D的困难和芯片成本
光刻机有上万个零件，其中最重要的是三个部分:EUV光源、镜头组和高对准精度工作台。如果这三个部分的问题都能解决，其他部分的关键问题可能就不那么难攻克了。理解了这些问题的可以直接上三。
影响掩模对准器的产量和生产效率以及最终产品成本的几个关键因素:
1.EUV光源的功率。光源功率越大，生产效率越高。因为根据晶圆面积(通常以直径衡量，通常为5、8、12英寸)和单个芯片的大小，一个晶圆可以排列几十到上百个芯片。一般掩膜版只覆盖一个芯片，晶圆上的每个芯片都需要在一个工艺中曝光一次。如果一个晶片排列有500个芯片，单个工艺需要曝光500次。当光刻胶的感光灵敏度一定时，单个芯片在一次工艺中完全曝光所需的时间取决于光刻机的输出功率或光强。输出功率越高，曝光时间越短，生产效率越高。
这里跳过EUV光源的视场和发光效率。
2.透镜组的光学像差。当光线通过透镜时，会出现发散。最明显的例子就是超广角镜头成像时边缘发散非常明显。许多因素都可能导致分歧。如果发散太大，通过掩模投射到光刻胶上的图案也会相应地发散，导致产量降低。
3.移动工件台的定位精度。因为单个芯片需要多次曝光，所以为了对一个晶圆上的多个芯片进行曝光，首先相邻芯片之间的间隔必须准确，其次同一芯片的每次曝光必须与前一次曝光位置准确对准。工件台定位精度差会导致良率下降，是决定良率的主要因素之一。
4.工件台的移动速度。芯片曝光所需的总时间是工作台移动到该芯片位置并完成定位的时间加上简单曝光时间。因此，移动和定位速度越快，生产效率越高。这个指标和定位精度互相矛盾。
生产线的良率和效率最终体现在最终的芯片成本上。
晶圆生产线上其他设备的加工时间按晶圆计算。比如单次掺杂工艺，整个晶圆上的所有芯片一次处理完。但是，光刻工艺是根据晶片上芯片的数量来计算的，即晶片曝光工艺所需的总时间是单个芯片定位加上曝光时间乘以晶片上芯片的数量。所以，一条晶圆生产线上一定产量的光刻机比其他设备多，光刻机效率越低，生产线需要的光刻机就越多。所以光刻胶的效率影响生产线成本和运营成本。最后，由于低效的掩模对准器而增加的生产线成本也增加了芯片的资本占用和操作成本。
第三，分析新闻的真实姓氏
如果这个新闻是编的，那为什么不编7nm，而是编大家都不习惯看的8nm呢？这是间接证据，但很难。况且只能从技术角度分析。
国内的工作台好像之前测试过，据说对准精度能达到几nm，8nm光刻机就够了，但是运动速度指标(直接关系到生产效率)不太清楚，也许比国外最高水平还差，单个产品成本无非更高。
事实上，EUV光源在中国也有，但功率远远不够。结果就是需要的曝光时间太长。一个是支撑光致抗蚀剂更加敏感和困难。另一个是严重影响生产效率。不知道怎么解决。个人认为可以提高光源的功率，但是达不到可用的程度(比如提高后只能达到一分钟或者几分钟完成一次曝光)。那么并联连接多个EUV光源可能是一种可行的方式，但即使这样，它可能仍然达不到asml的曝光效率水平。
镜头的关键是高精度，否则掩膜版图案投射到芯片上失真会太大，尤其是镜头周围失真严重。高精度镜头加工技术可能会有突破，但如果达不到理想水平，就会影响成像光场面积(边缘因为发散无法使用)和产品良率。
更近的焦距可以提高成像质量，但同样的euv光源在更近的焦距下强度下降，增加了曝光时间，降低了生产效率。
所以过去中国的EUV光刻技术没有实现，只是技术水平不达标，量产使用的光刻机效率和良率无法和阿斯麦产品竞争(还有视场角小的问题，无法制造大芯片，所以省略)。
而生产效率和良率较低的光刻机可以解决华为没有芯片的问题，保命。那么这两个影响芯片成本的问题，对华为来说似乎都是可以忍受的，因为生存才是重中之重。
但还有一个因素:华为秘密研发了很多技术，以前都锁在保险柜里，有的被制裁后陆续拿出来。具体有哪些，有多少，外界并不清楚。你永远不知道华为下一刻会从口袋里掏出什么。
比如华为手机披露的一项技术:计算光学。该算法用于补偿镜头变化，并根据成像后已知的镜头变化来校正照片数据的像素位置、亮度和颜色。个人认为，华为可能会在光刻机中使用这项技术。如果镜头不好，它会用算法分析这个特定镜头的发散，然后分析发散发生在哪里，再微调(打磨)一个或几个镜头的具体位置，反复多次，最终达到更好的效果。这样镜头组的加工成本会大大增加，但目前华为还能接受。
还有一个类似的思路，就是根据透镜组的特定发散特性制作一个主动发散掩膜，来抵消透镜组产生的光学发散，使得通过掩膜投影到光刻胶平面上的图形发散更小。我不知道这个想法有多难。可能需要EDA软件根据特定的失真数据来生成失真补偿掩模的设计，或者需要单独的软件以EDA的输出作为输入来生成失真校正掩模数据。
这是我们知道的，可能还有其他黑科技。
比如有没有可能华为拿出了黑科技，传闻中的光刻机采用了与阿斯麦现有技术路线完全不同的技术路线，可以大大简化光刻机的实现？这样做也可以避开很多专利壁垒。
比如x光掩模对准器？它的波长更短，更有利于改进工艺。生产高科技手机芯片时，在其他条件相同的情况下(光刻胶感光度、光刻机输出功率、芯片产品制造工艺等。)，波长更短的X射线掩模版光刻机的生产效率比EUV光源提高了一倍。由于波长更短，X射线光刻机不再需要比EUV光刻机制造工艺更高的芯片所需的重复曝光次数，因此可以大大减少工艺数量，提高生产效率。
问题是x光穿透姓极强，口罩制造难度不大。也许只能试试铅合金。还有X射线聚焦的问题。普通光学镜头不行，要采用新的方法。幸运的是，这种X线聚焦方式出现在1991，当时是用于放疗设备，现在当时的专利已经过期。还有X射线管的输出功率及其聚焦光路。x射线敏感光刻胶也是全新的。
这种X射线光刻机的技术路线与阿斯麦现有的光刻机完全不同。如果能够解决相关技术问题，那么中国就可以直接进入下一代光刻机，光刻机将不再是工艺改进的主要限制因素。
另一种可能是利用美国科学家发明的空心玻璃毛细管束聚焦X射线的方法来聚焦极紫外光。这种方法用于没有光学透镜的掩模对准器。
所以我个人认为现在开发8nm的光刻机是有可能的，但是这么快还是让人很惊讶，或者说可信度对我来说似乎很低。但据说SMIC承担了国产芯片所需设备和材料的验证工作。如果现在8nm光刻机真的出来了，应该会得到SMIC的验证，大概需要一年的时间(比成熟产品长)。是真是假，还要一年才能见分晓。
从@吉姆博士的面膜对准器系列文章中，我收获了很多知识，在此只想表达我的感激之情。
原创不易，谢谢支持。