冰刻技術完全可以實現與EUV光刻機相當的精度。只不過要實現這個精度，必須讓電子束直寫光刻機的的解析度達到奈米級別才行。

其實“冰膠+電子束”的效率是遠遠比不上“光刻膠+光刻機”的。因為要讓水蒸氣凝結在晶片上，還必須在零下140℃進行，此外使用的還是電子束刻機，要一點一點的進行雕刻那速度比較慢。從製造效率上來看，這種冰刻技術是不如光刻機的。而冰刻的解析度主要取決於電子束刻機，雖說電子束直寫光刻機的精度已經達到了10奈米左右甚至以下的精度，但是國內電子束直寫光刻機的精度在1微米，還沒有達到奈米級別。事實上，冰刻技術只是將化學的光刻膠換成了水蒸氣而已。

早在2018年，就釋出了冰刻系統，這次的冰刻則是其升級版，主要就是將原料生產為成品。由於傳統的光刻膠屬於化學試劑，在光刻完成後還要進行清洗，清洗不乾淨的話就會導致良品率下降。而使用水蒸氣凝固代替傳統的光刻膠之後，就不存在清洗不乾淨這類問題了。

在電子束的作用下，凝固的水蒸氣可以直接液化消失而不會殘留在晶片上，這樣一來就不會導致晶片被汙染了，這是冰膠相對於傳統光刻膠的優勢所在。但是使用冰膠前，要將晶片放在零下140℃的真空環境中，給其降溫，再通入水蒸氣。相對於傳統的光刻膠來說，就多了這樣一個步驟。估計當水蒸氣凝固在晶片上之後，從拿出來，到光刻完成之前都要在0℃以下的環境中進行操作，畢竟溫度超過0℃，凝固的水蒸氣就有可能液化成水，這也是相對於傳統光刻膠的一個缺點。

由於冰刻系統的解析度與電子束直寫光刻機的解析度有關，只要電子束直寫光刻機的解析度可以達到EUV光刻機的解析度，那麼使用冰刻系統生產的晶片的製程工藝就可以達到EUV光刻機的生產晶片的製程工藝。

只不過，現在世界上解析度最高的電子束直寫光刻機掌握在日本的JEOL和Elionix這兩家公司手中。其中JEOL公司製造的的JBX-9500S電子束直寫光刻機的套刻精度為11奈米，最小解析度在0.1奈米左右。而Elionix公司製造ELF10000電子束直寫光刻機的解析度為100奈米。而國產BGJ-4電子束直寫光刻機的解析度為1微米，由此可見，即便使用了冰膠，在立足於國內電子束直寫光刻機的前提下，是達不到國產SSA600/20的解析度，更別說趕上EUV光刻機了。

我國碳基晶片的發展還是很快的，基本上與美國的技術不相上下。目前的碳基晶片已經突破到了3奈米，而我國正在向0.5奈米進發。碳基晶片的效能要比傳統的矽基晶片強不少，基本上90奈米的碳基晶片效能相當於28奈米的矽基晶片，45奈米的碳基晶片相當於7奈米的矽基晶片。只不過，碳基晶片依然要用到光刻機，現階段國內製程工藝最小的光刻機也停留在90奈米，而使用冰膠的電子束直寫光刻機還在微米層。所以說，這次冰刻技術對國內碳基晶片的幫助不是很大。

很多方法都可以製作晶片，甚至精度比光刻機高，但是最大的問題是，沒有辦法解決效率問題，光刻目前效率最高。據路邊社推算，其實全球是euv光刻機的需求才六百臺，也就是說這個東西，效率是相當特別很高的。

中國晶片又發生大事了，12月4日，光刻兩個字又登上了熱搜。因為中美摩擦的原因，中國的晶片領域頻頻被掐脖子登上熱搜的訊息，只要和光刻或者晶片有關，基本都是壞訊息。不過這一次可不一樣，2020年12月4日，西湖大學奈米光子學與儀器技術實驗室宣佈，實驗室研發的冰刻技術取得了重大突破，一體化自動化的微米冰刻系統已經具備了雛形。

不得不說，相信很多人和我一樣，第一次聽到冰刻這個名字時，腦袋裡浮現的就是北方冬天公園的冰雕，不過了解下來才知道冰刻可是大有來頭。

雖說冰刻和冰雕一樣都是用冰雕刻，不過一個是用錘子釘子在冰塊上雕，一個是用極紫外光在冰晶上雕；一個是北方小孩的玩具，一個是中國晶片的未來，一字之差天壤之別。

冰刻是什麼，它到底代表了什麼？

說起冰刻大家不熟悉，但是說起光刻機大家一定都知道，中美摩擦之後，我們在晶片領域的短板暴露無遺。在這種處於被動地位背景下，晶片的中國產化也就成為了大家共同的期望。生產晶片的第一步就是光刻機，光刻機制造難度極高，需要多個國家、多個領域的頂級公司通力合作，幾乎代表著工業製造的最高科技。

光刻機龍頭企業荷蘭ASML公司，就因為處於光刻機領域的霸主地位而被大家知曉。但其實ASML公司所掌握的也只是晶片製造技術鏈條上的一環而已。光刻機鏡頭被德國光學鏡頭蔡司壟斷，鐳射技術領域龍頭被美國Cymer壟斷，由此便可以想象光刻機的製造難度到底有多大。

ASML的產能每年只有二十臺，臺積電和三星每年都為這二十臺機器搶破頭,我們的中心國際足足等了三年才買到一臺光刻機。而這僅有的一臺光刻機訂單也被美國從中作梗，導致訂單交貨無限期推遲，光刻機從此成為中國晶片領域的一大痛點。

光刻機是裝置，光刻膠是材料。如果說光刻機是推動製程技術進步的引擎，那麼光刻膠就是這部引擎的燃料。光刻膠又名光致抗蝕劑，是一種在紫外光照或者輻射下溶解度會發生變化的薄膜材料。在晶片製造過程中，需要將光刻膠均勻的塗抹在晶片表面，再用電子束，相當於肉眼看不見的“雕刻刀”，在真空環境中將金屬字寫在光刻膠上，對應位置的光刻膠性質會發生變化，在用化學試劑清洗掉剩下的光刻膠，一片“鏤空”的光刻膠模具就做好了。

接下來便是將金屬“填”在鏤空位置，使之“長”在晶片表面，最後再用化學試劑將所有光刻膠清洗乾淨，去除廢料後只留下金屬字。留下的這個金屬字就是晶片的構造電路，光刻膠式光刻技術中涉及到最關鍵的功能性化學材料。晶片製造工藝中有40%至50%的時間是在光刻過程中，這個過程不僅需要光刻機，還需要光刻膠，光刻膠的質量決定了光刻精度，簡單的說，就算有最牛的極紫外光EUV光刻機沒有好的光刻膠，的光刻精度還是不行可以說它直接影響了積體電路的效能、成品率以及可靠性，這是光刻膠的重要性。

光刻機的中國產化前路漫漫，這事已成定局的事實，我們必須要吸取教訓，在其他技術上做突破，避免再次出現這樣的困局。

作為光刻機的重要材料，光刻膠也就由此進入了科研試驗。光刻膠的形式雖然沒有光刻機那麼嚴峻，但是也處在日韓美三國的重重包圍之下，全球市場份額都被幾家巨頭瓜分完畢，並且依靠著自己的技術壁壘賺取高價。

中國的光刻膠起步較晚，屬於後發梯隊，其中比較低端的PCB光刻膠能夠實現15%的中國產率，終端的LCD光刻膠和高階的半導體光刻膠，中國的中國產率都很低。光刻膠的製備非常難，其效能指標就是光刻過程中的抗組，外中國產品的抗阻能達到10^15MΩ，國內目前只能達到10^10MΩ，差了接近十萬倍。

面對這種情況，國內企業沒有落下，一直在奮力追趕。日美韓走在我們前面，這是不爭的事實，但是通往成功的道路往往不止一條，傳統光刻膠技術我們固然落後，但冰刻技術並不是對傳統光刻膠的追趕，而是一種彎道超車。

冰刻改變了形式，從另一個方向出發去研究，這次冰刻的突破，很有可能幫助中國的光刻膠扭轉局勢，甚至還能完全改寫光刻膠的地位。

可以說，冰刻這項技術十分冷門，全球只有西湖大學和丹麥一個研究團隊在研究。中國研究人員在2018年就已經開發出這套冰刻系統，而這一次是全新的冰刻2.0，將比傳統的光刻膠技術，冰刻技術的優點在於清潔和高效。

傳統光刻機在晶片製造的過程中需要使用光刻膠，它屬於化學試劑，在光刻完成以後必須清洗。清洗過程也是手續繁多，稍有不慎就會毀了整個晶片，而冰刻不存在清洗的問題。因為在電子束的作用下，凝固的水蒸氣可以直接汽化消失。

第二個優點在於冰刻的高效，可以簡化晶片加工過程，傳統光刻機生產晶片大致需要塗膠、曝光、化學顯影，材料沉積、去膠剝離五個流程。

而冰刻技術就要簡單多了，直接透過水霧覆蓋包裹晶片，超低溫凝結後直接進行雕刻。雕刻完畢後，使用電子束照射，被打到的冰將直接汽化，直接雕刻出冰模板，並且冰也無需清洗。

除此之外，冰刻技術還可以在光刻前沿超構表面與已經廣泛運用的光纖有機結合。同時，也非常適用於非平面襯底或者易損柔性材料。

如果這項技術能夠研發到實際應用階段，一定會在晶片製造、生物、微電子這些領域發揮重要作用。

復旦大學物理系主任，超構材料與超構表面專家周磊教授也認為其研究價值相當之高，對於研發整合度更高、功能性更強的光電器件具有重要的現實意義。

當然，這些都是好的方面，如果我們辯證來看的話，冰刻技術也有一定缺點。

因為要讓水蒸氣凝在晶片上，必須在零下140度進行操作，同時雕刻速度又相對較慢，從製造的效率上來看，現階段這種冰刻技術遠遠不如傳統的光刻。

但是這次的冰刻2.0不僅技術上有了突破，還在整體的自動化上有了雛形。已經能夠在實驗中利用各種常見的材料完成比較複雜的三維結構，並且計劃在三到五年內實現全流程一體化自動化的一站式微納加工，也就是一塊原材料進去一塊成品出來。如果這個目標完成，那麼冰刻的效率就能大大提升。

當下誰也不知道冰刻這個研究方向對不對，但在這個不確定到確定的過程中，如果我們不參與進去，那麼我們就沒有話語權。光刻機和晶片就是鮮明的例子，我們沒有參與進去，所以現在沒有話語權，這樣的虧我們吃的太多了。

這次研發冰刻技術的西湖大學可是大有來頭，它不是傳統的公辦本科學校，而是一所研究性的民辦學校。他的投資者包括了國內各行各業的頂尖領導者們，馬化騰、王健林、王東輝、吳亞軍這些知名企業家也在其中。其餘的參與者都是國內各大知名院校以及各科研領域傑出的頂尖人才。而創辦者施一公是原清華大學的副校長，在當清華校長之前還是美國普林斯頓大學分子生物學系歷史上最年輕的終身教授，在整個國際學界都是公認的學術明星。

施一公回國之後出任了清華大學的副校長，任職中的能力也是受到了一致認可。在看到了國內前沿學術研究的短板後，他向國家提出了創辦申請，要創辦一所研究型學院，對標站在世界科研之首的美國加州理工學院，這個計劃當然得到了國家的認可和支援。

2018年西湖大學正式創辦建成，而在2015年時，這個學校的雛形就已經初顯，那時候就引來無數大佬的目光，也正是因此，西湖大學得到了多個頂級企業的投資。除了豐厚的資金之外，西湖大學的師資力量也是不容小覷，截至到2020年7月份，短短兩年時間，西湖大學已經擁有了125位科學家作為大學講師，其中13位教師是其所在領域的頂尖領軍人物。

西湖大學2015年具備雛形，2018年正式創辦建成，到現在不過短短几年時間就已經完成了冰刻技術的突破，還有更多技術在我們看不到的地方前進，這或許就是他最好的證明。

相信在未來，西湖大學還會在科研之路上繼續前進，與其他大學一起扛起中國晶片技術乃至其他技術的擔子。