初原載于 愛(ài)學(xué)習(xí) 青春材制????2020-10-16

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光刻機(jī)想必大家都多少聽(tīng)說(shuō)過(guò)一點(diǎn)。

沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)也不要緊。

華為海思大家總聽(tīng)說(shuō)過(guò)。

美國(guó)對(duì)華為的瘋狂制裁大家也一定早有耳聞，看在眼里，急在心里。

華為已經(jīng)設(shè)計(jì)出了自己的芯片，有了自己的處理器，那么美國(guó)為什么能夠限制華為呢？

因?yàn)樵O(shè)計(jì)出芯片和生產(chǎn)出芯片完全是兩碼事。

在芯片里，基本元件就是晶體管，晶體管越多，芯片的運(yùn)行速度越快，這就要求芯片制造得越來(lái)越精細(xì)，如今已經(jīng)進(jìn)化到要求兩個(gè)器件之間，只能有幾nm的距離了。

華為的麒麟810、980、990芯片采用的是7納米芯片，而Mate40系列將采用5納米芯片。而要做出5納米和7納米芯片必須要采用我們今天的主角，也是芯片生產(chǎn)的核心技術(shù)----光刻機(jī)。光刻工藝直接決定了芯片中晶體管的尺寸和性能，而晶體管的尺寸和性能又決定了芯片性能?？梢哉f(shuō)沒(méi)有光刻機(jī)就沒(méi)有高端芯片。

世界上最好的光刻機(jī)生產(chǎn)商是荷蘭的阿斯麥爾（ASML）。ASML也有很多精密零件是從美國(guó)進(jìn)口的。而美國(guó)商務(wù)局最新發(fā)布的制裁規(guī)則是只要采用美國(guó)技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)的芯片，也要必須經(jīng)過(guò)同意才可以出售給華為。我們知道，一臺(tái)精密儀器多數(shù)情況下都是多個(gè)國(guó)家聯(lián)合生產(chǎn)的，畢竟人各有長(zhǎng)，應(yīng)當(dāng)共同發(fā)展?？善皇谴蠹叶歼@么想的，之前一些國(guó)家做了一個(gè)《瓦森納協(xié)定》——先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，無(wú)論是軍用還是民用的的只能在這個(gè)圈子里面進(jìn)行買(mǎi)賣(mài)，如果要賣(mài)給圈外的國(guó)家需要先通報(bào)——利用這個(gè)協(xié)定和美國(guó)最新發(fā)布的規(guī)則，我們的芯片生產(chǎn)技術(shù)被美國(guó)卡得死死的。

?而光刻技術(shù)的大致原理就是首先制備出芯片電路圖的掩模版，然后在硅片上旋涂上光刻膠，利用紫外光源通過(guò)掩模版照射到光刻膠上，經(jīng)過(guò)對(duì)準(zhǔn)曝光后，紫外線照射到的區(qū)域的光刻膠會(huì)因?yàn)榛瘜W(xué)效應(yīng)而發(fā)生變性。再進(jìn)行干法刻蝕（簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是處理掉光刻處理后需要除去的部分）。

這看起來(lái)是不是也沒(méi)什么？但要做到高精密，我國(guó)目前的技術(shù)，獨(dú)自生產(chǎn)光刻機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

　　一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)能夠分辨的尺寸正比于光的波長(zhǎng)，想要制造更小的尺寸，就要制造更短的波長(zhǎng)的光，短波長(zhǎng)的光很難造。目前業(yè)界使用的主力是波長(zhǎng)193nm，叫做DUV，D是deep，深紫外光刻。但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用。于是我們就有了EUV，E是extreme，極紫外光刻。它把可用的光的波長(zhǎng)縮減到了13.5納米。這里簡(jiǎn)單概述一下原理大概就是使用光的脈沖去擊打液態(tài)金屬錫，激發(fā)出波長(zhǎng)更短的光。

搞定光源只是起點(diǎn)，想要讓這些光為我們所用還要要用各種鏡子調(diào)整光路，還要過(guò)濾雜光。每一次反射都會(huì)損失百分之三十的光強(qiáng)，這是因?yàn)镋UV的光太容易被吸收了，連空氣都可以吸收，這一堆反光鏡折騰下來(lái)，最后只剩下百分之二的光強(qiáng)了，而反光鏡也不是一般的鏡子，首先是材料，用來(lái)制造反光鏡的材料很特殊，只能反射13.5nm光，起到過(guò)濾雜光的作用。其次是光滑程度，初中物理告訴我們，越光滑的表面發(fā)生的漫反射越少，越能減少光反射的信息損失，于是我們的反光鏡就要求異常地光滑。目前ASML的反光鏡是德國(guó)蔡司制造的。

除此之外，一臺(tái)能夠被投入使用的光刻機(jī)還要有檢查錯(cuò)誤的機(jī)制。一點(diǎn)點(diǎn)納米級(jí)的錯(cuò)誤都會(huì)讓整個(gè)生產(chǎn)批次報(bào)廢，損失大量人力和財(cái)力。還要進(jìn)行防震，使用光刻機(jī)的廠房都是黃色燈光，因?yàn)辄S光波長(zhǎng)長(zhǎng)。光刻膠對(duì)短光敏感。且需要無(wú)塵環(huán)境，工作人員全部戴口罩穿防護(hù)服，是不是特別像我們的抗疫英雄們。且EUV的光需要高能，要冷卻如此的高能反應(yīng)的熱量，需要每秒鐘4000升的水。

沒(méi)有核心技術(shù)正是中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的金箍。我們自研全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)花費(fèi)了20年，EUV光刻機(jī)我們就算得再用20年，我們也得拿下。技術(shù)就得裝在自家人口袋里。美國(guó)給我們?cè)O(shè)下了這樣一個(gè)巨大的難題，并不能阻止我們前進(jìn)的腳步，只會(huì)加強(qiáng)我們向前奔跑的迫切心情與決心。科學(xué)的道路本身就不平坦，即便前路漫漫，既然我們選擇了科學(xué)，選擇了工科，選擇了這條道路，那就應(yīng)當(dāng)擁有刻苦鉆研永不放棄的精神。希望等到我們這一代人崛起之后，我們擁有了自己的光刻機(jī)，擁有自己的核心技術(shù)和現(xiàn)在還沒(méi)有能力生產(chǎn)的精密儀器，不僅僅是光刻機(jī)。

END

參考文獻(xiàn)：

中國(guó)知網(wǎng)? [1]云舒. 華為芯片斷供 “卡脖子”倒逼攻堅(jiān)[N]. 中國(guó)紀(jì)檢監(jiān)察報(bào),2020-09-16(004).

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