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光刻机VS蚀刻机:同是芯片制造机,命运分两极

发表时间:2019-08-20 15:28:13
谈及芯片问题,大家对我国的印象也许还停留在严重依赖进口的形象中,一场中美贸易战将这一行业暴露在了公众的面前,于是芯片行业开始了“造芯运动”。那么,经过这段时间的大操大办,我国是否有进展呢?近日就传来了好消息,中芯国际自主研发的5nm蚀刻机已成功被台积电验收。目前,台积电已宣布与中微合作。中国芯片从28nm到10nm,再到7nm,演绎着黑马奇迹,不断实现自我超越。

中微制造的5纳米蚀刻机是完全自主研发的。这家成立仅15年的半导体公司是中国最大的芯片方案制造商,为中国的科技做出了贡献。蚀刻工艺也开始慢慢突破。在未来,它将逐步突破技术难题。

当然,值得提醒的是,5nm蚀刻机的成功并不意味着它可以批量生产5nm芯片。目前世界上还是7纳米芯片是最先进的。蚀刻机是芯片生产中不可缺少的一个环节,而最重要的环节是光刻。但目前我国的科技水平还没有独立开发出10 nm范围内的光刻强度,仍然处于90 nm光刻的水平。

说到这里,就涉及到一个问题,什么是蚀刻机?为什么在生产芯片的过程中需要这种设备?

什么是蚀刻机?

简单来说,所谓的蚀刻机,就是在芯片生产的过程中所必须使用的一种设备,这种设备的作用就好像是雕刻中的刻刀一样,用种种手段把一块完整的金属板中我们不需要的部分给去除掉,剩下的就是我们需要的电路了。

那什么是等离子蚀刻机?
蚀刻机的最终目的就是不断把金属板表面我们不需要的部分给挖掉。

为了达到上述目的,最开始是使用的化学物质来挖掉这些物质,毕竟化学物质可以跟金属板中的材料发生反应,十分快速方便,但是其中也产生了一个很大的问题:液体的腐蚀是向各个方向的,不好控制。

打个形象的比方,你用一块板子能够挡住洪水吗?答案是不能,因为水会绕过这块板子。而用化学物质腐蚀金属表面有很多的弊端。下面这张图就很好的说明了这种问题,化学液体绕过了覆盖晶圆表面的光刻胶,腐蚀了我们不想腐蚀的部分。如果我们要求电路非常细,那么这种多余的腐蚀肯定会影响电路的性能。这就好比一根柱子,你在两边挖掉一点儿,如果这根柱子很粗,那么没什么太大的关系,如果这根柱子很细,那么估计就要倒掉了——这也是为什么化学物质蚀刻的方法不适用于更高制程的芯片。

所以我们需要一种不会拐弯的物质来腐蚀金属表面,这种东西是什么呢?答案是“光”。光是不会拐弯的,所以可以笔直地腐蚀金属表面。当然了,这里的“光”不是真的光,而是一种等离子体,通过等离子体来对金属表面进行蚀刻。为什么等离子可以腐蚀金属表面、怎么产生等离子的,这个不重要,我们只需要知道等离子蚀刻更好、可以用来制造更精密的芯片就行了。比如说下面这幅图,就可以很好地说明两种刻蚀方法的区别。

蚀刻机、光刻机傻傻分不清楚

可能会有一部分人把蚀刻机与光刻机搞混,毕竟这俩经常一起出现,但其实它们之间还是有很大的差别的。可以说光刻机是芯片制造的魂,蚀刻机是芯片制造的魄,要想制造高端的芯片,这两个东西都必须顶尖。

这俩机器最简单的解释就是光刻机把电路图投影到覆盖有光刻胶的硅片上面,刻蚀机再把刚才画了电路图的硅片上的多余电路图腐蚀掉,这样看起来似乎没什么难的,但是有一个形象的比喻,每一块芯片上面的电路结构放大无数倍来看比整个北京都复杂,这就是这光刻和蚀刻的难度。

光刻的过程就是现在制作好的硅圆表面涂上一层光刻胶(一种可以被光腐蚀的胶状物质),接下来通过光线(工艺难度紫外光<深紫外光<极紫外光)透过掩膜照射到硅圆表面(类似投影),因为光刻胶的覆盖,照射到的部分被腐蚀掉,没有光照的部分被留下来,这部分便是需要的电路结构。

我国蚀刻机发展状况

正如文章首段展示的那样,我国蚀刻机发展的状况相对不错。中微半导体的表现充分证明了这种设备已经实现了量产化。显然,这方面中国已经是世界顶尖水平。然而,光刻机的境地就比较尴尬,光刻机企业不管是上海微电子的90nm光刻机,还是无锡影速200nm光刻机,与世界最先进的7nm制程都相去甚远,在这两条道路上,蚀刻机要再接再厉,而光刻机则需要迎头赶上。
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