光刻机在芯片制造领域中具有举足轻重的地位。指甲大小的芯片密密麻麻地堆满了数千万条导线,而且线路也不凌乱。要想达到这样的工艺技术,需要一台非常精确的“画图器”-光刻机。光刻机的精度决定了芯片的上限。目前,光刻机市场处于巨头垄断状态,高端技术掌握在这些巨头公司背后支持国家手中。高精度光刻机由荷兰的ASML,日本尼康和佳能生产;并且顶级精度的光刻机由全球唯一一家ASML(阿斯麦尔)垄断!
全球唯一一家顶级精度光刻机制造企业
我国目前能自主生产的光刻机精度达到了90纳米的级别。是由中微半导体设备(上海)股份有限(SMEC)公司所制造。董事长是一位学成归来的爱国人士-尹志尧,此人也是我个人所崇拜的。一位76岁的老人,扛起了中国芯片制造设备的大旗。
尹志尧1944年出生于北京,1962年被中国科学技术大学化学与物理系录取。1968年,尹志尧被分配到兰州炼油厂工作,随后调到中国科学院物理化学研究所工作。 1980年,尹志耀前往美国加州大学洛杉矶分校攻读博士学位。毕业后的20年中,尹志尧一直在美国硅谷工作,负责领导蚀刻技术的发展,并在美国著名的半导体设备公司担任高级管理职位。
2004年,现年60岁的尹志耀在美国放弃了年薪百万美元,带领一个由30多人组成的团队,经过了美国政府的多次审查,然后返回中国。有点像是当年钱学森回国一样。他只有一个目的,那就是将他在美国积累的技术和经验带回中国,为中国的半导体产业做出贡献。在他离开美国之前,美国人删除了他所有的计算机内存,并没收了数以万计的设计图纸。但这激发了尹志耀作为中国人的野心。这样,现年60岁的尹志尧一生都充满学习和热情,回到了中国,创立了中国微半导体公司。尹志尧博士绝对值得所有中国人的尊重。
中国半导体设备之父-尹志尧
我国光刻机虽然达到了90纳米的水准,但是同水平下,许多企业大多还是喜欢采购外企的设备,这并不是崇洋媚外。而是同等的技术设备下,我国自主的设备还是有许多不稳定因素,维护成本较高。所以我国在做好光刻机的同时,还要确保质量够高水准。这是一段漫漫长路,只能在黑暗中探索,摸着石头过河。
纪律片使命-张江科学城-中微半导体
先来说说镜片,或者叫镜头。是的你没有听错,可能有人认为,不就是镜头吗。我国还搞不定?我国智能手机镜头像素这么高。一个光刻机镜头有何难?是的,我也这么想,可是翻阅大量资料了解后,我觉得自己真的傻得可怜,以偏概全的确是阻止我们自己进步的步伐。
首先光刻机类似于照相机。它的底片是涂有感光胶的硅晶片。通过光刻机将电路图案投影到基板上,将一部分胶液蚀刻掉,并露出硅表面进行化学处理。要制造芯片,此过程必须重复数十次。光刻机中央的透镜由20多个透镜组成,这些透镜具有重合性,组合型,高聚焦程度,高能量型。镜头由高纯度透明材料+高品质抛光制成。 SMEC光刻机使用的镜头要花费数万美元。
ASML镜头基于全球顶尖技术。要获得均匀的镜片材料,需要数十到数百年的技术积累。同一组镜片是由不同的工人打磨的,其表面光洁度则相差几十倍。更令人深思的是,在ASML公司中,有人看到,祖孙三代的技术工程师都在这一家公司任职镜片打磨抛光的职位!这是多么的可怕。人类的科技来源起源于这几个人心口相传人的手中!如果可以,小编也愿意去中微半导体打磨镜片,一片可以买几万美元,哈哈。不,说错了,我愿意为国奉献!
光刻机镜头
再来说说光源,光刻机需要小型,高功率且稳定的光源。 ASML的顶级光刻机使用短波长的极紫外光,并且光学系统极为复杂。要求几十个万个机械零件协同作业。有一流的镜头和光源,没有极限的机械精度,这是没有用的。光刻机中有两个同步移动的工件台,一个带有底片,一个带有胶片。两者必须始终保持同步,并且误差小于2纳米。两个工作平台从静态加速到动态,加速的过程类似于导弹的发射。而且,温度,湿度和气压的变化会影响聚焦。必须将机器内部温度的变化控制在千分之一度,并且必须有合适的冷却方法和准确的温度传感器。”
光源+镜头
与国外半导体设备市场的先进相比,国产光刻机相对黯淡。由于起步晚,技术积累没有经验,国产光刻机研发公司相对较少,技术难度较高,生产成本较大。所以赔本的买卖没人愿意去做,所以恳求我们的国家,鼓励企业自主研发,并且给予资金人才保障。目前,只有屈指可数的几家,上海微电子,合肥新硕和无锡英塑。在这几家生产的光刻机中,最先进的技术是上海微电子的SSA600 / 20型光刻机,可用于处理90nm工艺制程芯片。最新的65纳米光刻机仍处于设备验证阶段。但就指标而言,SSA600 / 20型基本上与ASMLl的低端PAS5500系列处于同一水平,并且落后于国外技术约5至6代。
长路漫漫,任重而道远!望其吾辈奋发图强,在中国半导体制造行业贡献自己的青春与智慧,把自己的一腔热血,抛洒在中国“芯”崛起的道路上!