光刻机是芯片生产的关键设备之一。
芯片生产,需要用到几个最关键的设备:分别是光刻机、刻蚀机、清洗机、等离子注入机。大家都能生产。刻蚀机已经达到世界最顶尖水平。清洗设备和等离子注入也堪用。现在差的就是高精度的光刻机。
光刻机有什么用呢?下面通俗说一下光刻机在芯片生产中的作用。
下面把芯片生产比喻成木匠雕花,可以方便普通人理解。(二者主要是精度差别,材质差别。木匠雕花精度到毫米即可,芯片要到纳米。木匠用木头雕刻,芯片用硅的晶圆雕刻)
芯片生产:
第一步:设计。芯片设计公司进行设计,最后出图。这就像木匠雕花,先由设计师画图。
第二步:备料。芯片的主料是圆晶,就是硅,当然还要用些辅助材料。木匠买来木料等。
第三步:放样。这时要用到光刻机了。要用光刻机把设计好的图纸画到圆晶上。这里要求精度必须和设计精度匹配。如果这一步做不了,后面就只能干瞪眼了。木匠也要放样,根据图纸,在木料上把要雕刻的图样描画好。。
第四步:施工。这时刻蚀机上场。有等离子刻蚀或者化学刻蚀可选。刻蚀时按图施工。这就好比木匠师傅按画好的图案雕刻,使用凿子,刻刀是一样的。施工中要注意保持环境卫生。
第五步:清洗。其实是和施工混合在一起的,边施工边清洗。这就好比木匠雕刻时用毛刷,或者用嘴巴吹木屑。只是芯片要求的清洗超级严格。
第四、第五步要重复多次,具体情况视加工芯片的复杂情况而定。
第六步:封装。施工完毕后要保持住施工成果,隔绝一切可能的伤害,芯片封装要求也很高,要用到离子注入等设备。木匠这环节简单。施工完毕后,现场都清理干净了,弄点清漆把作品保护好。
如果不能用高精度的光刻机放样,是生产不出来高水平的芯片的。光刻机在制造流程中要使用多次,包括最后的封装环节也要用。
下面说说光刻机的市场状况:
现在高等级的光刻机世界上有美国、荷兰、日本三个国家5个公司能生产。分别是荷兰的ASML、日本的Nikon、日本的cannon、美国的ultratech以及偶国的上海微电子(SMEE)。
这五家里面,荷兰的ASML一家独大,完全垄断了高精度光刻机。
目前还在追赶的,只有中国,其他几家都放弃了。因为难度太大。
目前ASML的技术是10nm,马上是7nm。
上海微电子的技术是90nm。
大家能买到的最新设备的技术是中芯国际即将投产的生产线14nm。
下图是上海微电子生产的光刻机
好消息是2017年,长春光机所承担的国家科技重大专项项目“极紫外光刻关键技术研究”顺利通过验收,这标志着国产22-32nm设备就要出来了。大家离ASML又近了一步。
这里,大家要感谢那些默默无闻风险在科研领域的人,他们是中国自强不息的脊梁。下面照片是验收后科研人员合影留念。为这个突破,花了16年时间。让大家向他们致敬。