↑繁芜电路↑
↑最大略的电路↑
这个事理提及来当然是非常轻松的。但是在实际操作的过程中,如何让电路变得很小、很密集却让科学家犯了难:大略的电路我们可以用手搭,但是那么小、乃至于只有几个纳米宽的电路我们怎么搭起来呢?

于是在长期的探索中,科学家就找到了两种物质:一种我们比较熟习——金属,另一种是光刻胶。这两种物质有什么奇特的地方呢?又跟芯片制造有什么关系呢?
大略说,光刻胶是一种胶状的物质,可以被光侵蚀掉,但是化学物质没法侵蚀掉它;金属不会被光侵蚀掉,而化学物质却可以侵蚀掉它。(虽然现在最前辈的是用等离子蚀刻,但是我们这里先不说那个,说比较根本一点儿的事理)
以是说制造芯片的基本事理便是利用这两种物质的性子:在金属表面覆盖一层光刻胶,然后用光先把光刻胶侵蚀掉(就彷佛是拍照片显影那样,被挡住的地方照不到光,就会在光刻胶上留下来一个影子),下一步再用化学物质浸泡,这样有光刻胶的那部分金属就不会被侵蚀、没有光刻胶的地方会被侵蚀掉——于是金属表面就形成了我们想要的形状。
这两个过程便是所谓的光刻和蚀刻,对应的设备便是光刻机和蚀刻机。
下面这幅图便是光刻机的事理,电路的形状一开始是画在一张比较大的分划板上的,然后通过透镜把电路的图案缩的很小,然后照射在涂抹了光刻胶的金属板上(便是所谓的晶圆了)。
↑光刻机的事理图↑
下面这幅图这是蚀刻的过程。可以看到,没有光刻胶的那部分金属在化学物质的浸染下被溶解了,然后晶圆表面就变成了我们想要的形状。全体大规模集成电路光刻和蚀刻的过程可以见再下一张图。
↑化学物质堕落↑
↑芯片中电路的制造过程↑
那么中国现在两种设备的发展如何?实在从刚刚的大规模集成电路的制造过程上我们也看到了,光刻的繁芜程度要远远高于蚀刻,以是光刻机的繁芜程度也远远高于蚀刻机,以是现在天下上能够生产高端光刻机的国家没有几个。目前最前辈的光刻机制造商是荷兰的ASML,可以说是仅此一家、别无分号(霸占80%的市场份额),一台最前辈的光刻机售价一亿美元,而且还不接管讨价还价,你爱买不买。
而在现在这个韶光节点上(2018年),ASML利用的光芒已经到了极紫外光(EUV),以是可以光刻7nm以下的大规模集成电路。而受制于《瓦森纳协定》,ASML不可以向中国出售前辈光刻机。以是在这方面中国长期处于被封锁的状态。
↑ASML的高端光刻机↑
那么中国自己的光刻机是什么水平呢?非常遗憾的是,中国的光刻机水平掉队天下很多,目前能够量产的光刻机只能够光刻90nm的大规模集成电路,跟最前辈的设备差距可以说是极大的。大概试验室里有更高制程的光刻机技能,但是在量产、投入生产之前还只是镜花水月。
相对而言,中国在蚀刻机方面做的相对较好,现在中国最前辈的等离子蚀刻机已经制造到了5nm的制程,并且7nm制程的蚀刻机已经在去年走出试验室,开始向台积电等厂商供货,这方面中国已经是天下顶尖水平。
↑大国重器中的中国蚀刻机(片中用的是刻蚀机)↑
以是,制造芯片须要两条腿:光刻机和蚀刻机,而我们的光刻机间隔天下顶尖水平还有相称迢遥的间隔,而在蚀刻机方面,我国的水平还是相称不错的,只是要戒骄戒躁、不屈不挠。