我們的光刻機,爲何造不出7nm的晶片?

指甲蓋大小的芯片,密佈千萬電線,紋絲不亂,需要極端精準的照相機——光刻機。光刻機精度,決定了芯片的上限。

我們的光刻機,為何造不出7nm的芯片?

​我們的光刻機,為何造不出7nm的芯片?

可以投射出電路圖案的微影機臺是光刻機最關鍵、也最昂貴的部件。過去十多年,英特爾、臺積電量產的最先進電晶體,大小已細小到僅有數十個納米。依照該技術的主要推動者英特爾規劃,2005年就該上陣,量產時程卻一延再延。 就因為這個技術實在太難了。

我們的光刻機,為何造不出7nm的芯片?

​最關鍵零件之一,由德國蔡司生產的反射鏡得做到史無前例的完美無瑕,瑕疵大小僅能以皮米(納米的千分之一)計。 也就是說如果反射鏡面積有整個德國大,最高的突起處不能高於一公分高。

我們的光刻機,為何造不出7nm的芯片?

​光刻機跟照相機差不多,它的底片,是塗滿光敏膠的硅片。電路圖案經光刻機,縮微投射到底片,蝕刻掉一部分膠,露出硅面做化學處理。製造芯片,要重複幾十遍這個過程。

我們的光刻機,為何造不出7nm的芯片?

​位於光刻機中心的鏡頭,由20多塊鍋底大的鏡片串聯組成。鏡片得高純度透光材料+高質量拋光。SMEE光刻機使用的鏡片,得數萬美元一塊。ASML的鏡片是蔡司技術打底。鏡片材質做到均勻,需幾十年到上百年技術積澱。“同樣一個鏡片,不同工人去磨,光潔度相差十倍。”SMEE總經理賀榮明說,他在德國看到,拋光鏡片的工人,祖孫三代在同一家公司的同一個職位。另外,光刻機需要體積小,但功率高而穩定的光源。ASML的頂尖光刻機,使用波長短的極紫外光,光學系統極複雜。

我們的光刻機,為何造不出7nm的芯片?

​有頂級的鏡頭和光源,沒極致的機械精度,也是白搭。光刻機裡有兩個同步運動的工件臺,一個載底片,一個載膠片。兩者需始終同步,誤差在2納米以下。兩個工作臺由靜到動,加速度跟導彈發射差不多。

我們的光刻機,為何造不出7nm的芯片?

​SMEE最好的光刻機,包含13個分系統,3萬個機械件,200多個傳感器,每一個都要穩定。像歐洲冠軍盃決賽,任何一個人發揮失常就要輸球。

我們的光刻機,為何造不出7nm的芯片?

​看來要提高光刻機生產水平,關鍵是配套設備企業的精度和長期持久的努力,而這,或許正是中國企業的短板。加油吧,我的國!


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