中國蝕刻機制造芯片世界一流!

大家知道臺積電有了依賴的荷蘭ASM公司的EUV光刻機目前正在試量產5nm芯片,而5nm芯片的生產還需要中國提供的5nm蝕刻機。

而在這條生產線上臺積電將搭載5nm等離子體蝕刻機便是來自於深圳中微半導體。目前該技術已經得到了臺積電的驗證。現在隨著中徽半導體生產的5nm蝕刻機進入臺積電代工線,中國將擁有新的反制美國的利器。

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我們知道在芯片製造領域,有兩個機器非常重要,那就是光刻機和蝕刻機。雖然我國在光刻機方面還在追跑,但是在蝕刻機方面絕對是躋身全球第一梯隊。

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芯片,本質上是一種大規模集成電路,而光刻機和蝕刻機都是在生產現代大規模集成電路過程中必不可少的設備,兩種設備各司其職、不可互相替代。想要了解這兩種設備的區別,就一定要知道芯片是怎麼生產出來的。

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什麼是光刻機?什麼是蝕刻機?

最通俗的說法,所謂的大規模集成電路就是把我們正常看到的電路變得很小、很密集,所以說我們正常看到的最簡單的電路和芯片裡面複雜而密集的電路沒有本質的區別。

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上面是複雜的電路

↑最簡單的電路↑

這個原理說起來當然是非常輕鬆的。但是在實際操作的過程中,如何讓電路變得很小、很密集卻讓科學家犯了難:簡單的電路我們可以用手搭,但是那麼小、甚至於只有幾個納米寬的電路我們怎麼搭起來呢?

於是在長期的探索中,科學家就找到了兩種物質:一種我們比較熟悉——金屬,另一種是光刻膠。這兩種物質有什麼奇特的地方呢?又跟芯片製造有什麼關係呢?

簡單說,光刻膠是一種膠狀的物質,可以被光侵蝕掉,但是化學物質沒法侵蝕掉它;金屬不會被光侵蝕掉,而化學物質卻可以侵蝕掉它。(雖然現在最先進的是用等離子蝕刻,但是我們這裡先不說那個,說比較基礎一點兒的原理)

所以說製造芯片的基本原理就是利用這兩種物質的性質:在金屬表面覆蓋一層光刻膠,然後用光先把光刻膠侵蝕掉(就好像是拍照片顯影那樣,被擋住的地方照不到光,就會在光刻膠上留下來一個影子),下一步再用化學物質浸泡,這樣有光刻膠的那部分金屬就不會被侵蝕、沒有光刻膠的地方會被侵蝕掉——於是金屬表面就形成了我們想要的形狀。

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這兩個過程就是所謂的光刻和蝕刻,對應的設備就是光刻機和蝕刻機。

下面這幅圖就是光刻機的原理,電路的形狀一開始是畫在一張比較大的分劃板上的,然後通過透鏡把電路的圖案縮的很小,然後照射在塗抹了光刻膠的金屬板上(就是所謂的晶圓了)。

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↑光刻機的原理圖↑

下面這幅圖這是蝕刻的過程。可以看到,沒有光刻膠的那部分金屬在化學物質的作用下被溶解了,然後晶圓表面就變成了我們想要的形狀。整個大規模集成電路光刻和蝕刻的過程可以見再下一張圖。

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上圖^化學物質腐蝕^

↑芯片中電路的製造過程↑

那麼中國現在兩種設備的發展如何?

其實從剛剛的大規模集成電路的製造過程上我們也看到了,光刻的複雜程度要遠遠高於蝕刻,所以光刻機的複雜程度也遠遠高於蝕刻機,所以現在世界上能夠生產高端光刻機的國家沒有幾個。目前最先進的光刻機制造商是荷蘭的ASML,可以說是僅此一家、別無分號(佔有80%的市場份額),一臺最先進的光刻機售價一億美元,而且還不接受討價還價,你愛買不買。

而在現在這個時間節點上(2018年),ASML使用的光線已經到了極紫外光(EUV),所以可以光刻7nm以下的大規模集成電路。而受制於《瓦森納協定》,ASML不可以向中國出售先進光刻機。所以在這方面中國長期處於被封鎖的狀態。

中國在半導體和集成電路行業發展較晚,自2004年由60歲的尹志堯博士創立的中微半導體公司,在短短13年就攻克了5納米加工工藝,一舉達到國際先進水平,而這離公司最初定下20年趕超全球一流企業的目標整整提前了7年。而中微半導體的長處不僅在芯片刻蝕設備上,還在與光刻機、蝕刻機並肩的薄膜設備研製上走在了前列。如今由中微生產的MOCVD設備在全國的市場份額從零上升至70%,以往美國維科和德國愛思強兩家企業壟斷國內市場的局面被一舉打破。圖文來自網絡傳播正能量科普之目的版權屬於原作者如侵犯您合法權益請聯繫刪除謝謝


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