03.04 芯片製造的關鍵設備,光刻機,光刻機工作時要5萬個零件協調工作

沒有芯片,就造不出現代計算機和手機,而沒有光刻機,就不容易造出好的芯片。

光刻機是啥?

它的基本原理是用極細極細的激光在芯片底板上開鑿出電路線。

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如果我們將芯片放在高倍顯微鏡下觀察,會發現上面佈滿了線條,很像一幅大城市的航拍圖。這些密密麻麻的線條就是光刻機的傑作。電子沿著這些線條,按人們在鍵盤上輸入的命令運行,不同的命令會得出不同的結果。這也像人們在城市裡開車,不同的目的地,就會有不同的線路選擇。

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指甲蓋大小的芯片,密佈了千萬條線路,紋絲不能亂,所以它對光刻機的精度要求極高。


目前世界上最先進的光刻機,刻出的芯片線路,線與線間的距離只有3納米,相當於12個原子排成一排的寬度,約合一根頭髮絲直徑的二萬分之一。


因製造精密,光刻機價格不菲。當前世界上,最先進的光刻機單臺售價近10億元人民幣。


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我國光刻機設備商有上海微電子裝備公司,所產光刻機精度可以達到90納米。用它刻出的芯片,相當於2004年上市的奔騰四CPU的水平。這和當前發達國家最先進水平相比還有不小的差距。


製造光刻機,最卡脖子的技術有兩項:一是穩定的激光源。它使用波長極短的極紫外光,對光學系統要求極高,目前只有美國掌握,但不賣給中國。二是光刻機的鏡頭。它由20多塊鍋底大小的鏡片串聯組成。鏡片需要高純度的透光材料和高質量的打磨技藝,目前只有德國掌握。德國造的光刻機鏡片,有極高的平整度、光滑度。作個比喻,如果把這些鏡片放大到德國面積大小(35.7萬平方公里,相當於我國山東+河南面積總和),鏡面上也不會有超過1釐米的凹凸。


除此之外,

光刻機在工作時,5萬多個零件還要整齊劃一地協同工作。對這一協同性能,有科學家作過比喻:好比兩架飛機在天上飛,從起飛到降落,始終齊頭並進。這時一架飛機上伸出一把刻刀,在另一架飛機上的米粒上刻字!


因此,研發出先進的光刻機,絕不是隻懂原理、能畫出圖紙就能幹好的工作。上海微電子裝備公司曾去發達國家考察,有外國工程師直言不諱地說:“給你們全套圖紙,你們也不可能在幾年內做出來。”沒有對所有細節的極致追求,做不出這種患有“強迫症”的精密機器。


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光刻機是人類智慧的結晶,是當今世界最尖端的光學、材料學和機械工程學的結合體。它是西方科技界通過上百年的努力鑽研,在高科技領域掌握的看家本領之一,其研發製造技術絕無可能輕易授予他人。


目前,我國科技創新的許多領域,和發達國家相比,正處在“跟跑、並跑、領跑”三跑並存階段。未來,隨著我國綜合國力的不斷強大,我們有充分的信心攻克難關、後來居上。


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