我们的光刻机,为何造不出7nm的芯片?

指甲盖大小的芯片,密布千万电线,纹丝不乱,需要极端精准的照相机——光刻机。光刻机精度,决定了芯片的上限。

我们的光刻机,为何造不出7nm的芯片?

​我们的光刻机,为何造不出7nm的芯片?

可以投射出电路图案的微影机台是光刻机最关键、也最昂贵的部件。过去十多年,英特尔、台积电量产的最先进电晶体,大小已细小到仅有数十个纳米。依照该技术的主要推动者英特尔规划,2005年就该上阵,量产时程却一延再延。 就因为这个技术实在太难了。

我们的光刻机,为何造不出7nm的芯片?

​最关键零件之一,由德国蔡司生产的反射镜得做到史无前例的完美无瑕,瑕疵大小仅能以皮米(纳米的千分之一)计。 也就是说如果反射镜面积有整个德国大,最高的突起处不能高于一公分高。

我们的光刻机,为何造不出7nm的芯片?

​光刻机跟照相机差不多,它的底片,是涂满光敏胶的硅片。电路图案经光刻机,缩微投射到底片,蚀刻掉一部分胶,露出硅面做化学处理。制造芯片,要重复几十遍这个过程。

我们的光刻机,为何造不出7nm的芯片?

​位于光刻机中心的镜头,由20多块锅底大的镜片串联组成。镜片得高纯度透光材料+高质量抛光。SMEE光刻机使用的镜片,得数万美元一块。ASML的镜片是蔡司技术打底。镜片材质做到均匀,需几十年到上百年技术积淀。“同样一个镜片,不同工人去磨,光洁度相差十倍。”SMEE总经理贺荣明说,他在德国看到,抛光镜片的工人,祖孙三代在同一家公司的同一个职位。另外,光刻机需要体积小,但功率高而稳定的光源。ASML的顶尖光刻机,使用波长短的极紫外光,光学系统极复杂。

我们的光刻机,为何造不出7nm的芯片?

​有顶级的镜头和光源,没极致的机械精度,也是白搭。光刻机里有两个同步运动的工件台,一个载底片,一个载胶片。两者需始终同步,误差在2纳米以下。两个工作台由静到动,加速度跟导弹发射差不多。

我们的光刻机,为何造不出7nm的芯片?

​SMEE最好的光刻机,包含13个分系统,3万个机械件,200多个传感器,每一个都要稳定。像欧洲冠军杯决赛,任何一个人发挥失常就要输球。

我们的光刻机,为何造不出7nm的芯片?

​看来要提高光刻机生产水平,关键是配套设备企业的精度和长期持久的努力,而这,或许正是中国企业的短板。加油吧,我的国!


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