在当今社会,几乎所有的电子设备,如电脑、手机、汽车和飞机,都需要芯片的支持。

芯片是什么,它是怎么的?

一个芯片,只是指甲盖那么大,可以是几十个平方毫米在空间中,运行数十亿个晶体管

光刻机是干什么用的7nm光刻机是什么东西插图

想要制造芯片,光刻机核心设备不能绕过。用紫外线去除晶圆表面的保护膜是光刻机。它是一种成像设备,可以将光源照射到设置的图像上,通过成像系统将电路图形准确复制到晶圆上,从而创建芯片所需的图形和功能区域。

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原理很简单,关键是纳米级的准确性。就像原子弹爆炸的原理一样,它早已不是国家机密,但它真的制造了一个核弹,但是没那么容易。

制造光刻机有哪些困难?

首先是光源问题。

晶圆上刻有紫外光,对光源要求很高。

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目前,世界上最先进的光刻机已达到3纳米。这里的3纳米是指节点技术的关键尺寸,是指网格的极长(gate length),也就是单晶管的长度。长度越小,可以布置在同一面积晶圆上的晶体管就越多。缩小栅极是提高设备开断频率的重要途径之一。高频率意味着芯片跑得更快。据说这种光刻机可以加工13 纳米线条。我们头发的直径大约是 50~70微米,换句话说,这种光刻机只能刻画头发直径1/5000的线条。

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世界上最先进的光刻机是荷兰ASML公司极紫外光刻机的生产(EUV)。比起DUV光刻机,它把193nm用13代替短波紫外线.5nm极紫外线可将光刻技术扩展到32nm以下特征尺寸。

而EUV光刻机的光源来自美国Cymer,这个13.5nm极紫外线来自193nm短波紫外线反射多次得到。原因是这么说的,但是做起来太难了。美国的生产EUV光刻机光源公司是世界上唯一的公司,也就是说,除了他的家,没有人能生产。

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没有光源,光刻机就不能工作。这就是垄断。

其次是反射镜

硅片以电路图的形式呈现,是制造芯片的关键部件。

ASML公司EUV德国光刻机的反射镜蔡司

EUV多层膜反射镜是光学系统的重要组成部分EUV需要实现光源的关键技术EUV波段的高反射率

三是工作台的精度。

光刻机工作台控制芯片在制造和生产过程中的纹路蚀刻。工作台的移动精度越高,加工后的芯片精度越高。

ASML公司的EUV光刻机工作台采用高精度激光干涉仪测量微动台的位移,构建闭环控制系统,实现纳米超精度同步运动。

在芯片制造过程中,不能通过一次曝光来完成。在制造过程中需要多次曝光,这意味着芯片制造过程中需要多次对准。芯片的每个部件之间只有几纳米的间隔,掩膜硅晶圆对准误差必须控制在几纳米范围内。

ASML公司开发了双工作台,在完成扫描曝光的同时,还可以同时对准、调焦、下片等操作。

最后是耗电问题。

EUV光刻机耗电量很高,需要将整个工作环境抽真空,避免灰尘。EUV光刻机每小时至少耗电150度。这比挖比特币更贵!

我们自己的光刻机达到了什么水平?

ASML的EUV可使用13台光刻机.5nm极紫外光工程7nm、甚至3nm芯片。我国主要采用深紫外光193nm制程工艺,能做26nm芯片。据报道,上海微电子公司已攻克14nm光刻机不能尽快达到世界上最先进的光刻机水平,但我们可以在手机、汽车等民用领域和武器装备芯片上自给自足。

与ASML的EUV与光刻机相比,我们就像拿着一把盒尺来测量国际米原器的精度。可想而知,不打破技术壁垒是如此困难。

为了遏制我们,美国人在半导体不仅限制了领域的发展ASML出口给中国EUV光刻机,甚至使用深紫外线DUV对我国出口限制光刻机。ASML公司在EUV光刻机光源的供应受美国的限制,不得不停止为中国供应,但其销售急剧下降,损失巨大。虽然这次喊出来给我们供货,但只是恢复了DUV光刻机出口最好硬一点,直接加EUV光刻机,看美国人怎么指手画脚?