



前面介绍过,前道光刻机的作用并不是直接在晶圆上画芯片,而是在光刻胶上画线路和元器件。那么什么样的光线能够让光刻胶发生光致反应呢?
经过人们不断探索,发现紫外线与光刻胶结合的效果是最好的。所以,现在的前道光刻机分为深紫外线(DUV)光刻机和极紫外线(EUV)光刻机。这两种紫外线有什么不同吗?它们最重要的区别就是波长不一样。
深紫外线的波长大约在200和300纳米之间,在我们的生活中也会接触到这种深紫外线,比如医院用于强力消毒的深紫外线灯。
按照业界以往的经验,通常将深紫外线做DUV光刻机的光源,能够刻画实现14纳米以上的芯片。但当芯片上元器件的距离小于14纳米时,使用DUV光刻机就达不到要求了。
后来人们采用了一种波长更短的紫外线,即极紫外线,又称极端紫外线辐射。它的波长可以短到10纳米。使用波长为13.5纳米的极紫外线,就能够生产14纳米以下的芯片。使用极紫外线光源的光刻机,就叫极紫外线光刻机。
在自然界中,只有一个地方能够产生极紫外线,那就是太阳。科学家们发现在太阳的日冕中存在极紫外线。而人类要想制造极紫外线,就要通过等离子源或同步辐射光源等方法来实现。
人们还发现,极紫外线太容易被外界吸收了,几乎碰到任何物质的原子都会产生电离现象。只有在真空环境下,极紫外线才能正常穿行。所以,也有人称它为真空紫外线。
由于极紫外线的波长非常短,所以它的放大和折射都需要很特殊的物质才能实现。
由于EUV光刻机的精密度比DUV光刻机大幅提升,因此EUV光刻机不仅要研制出极紫外线的光源系统,而且要研制出高精度弧形反射镜、超高精度真空双工作台等高精尖的部件。
正是因为EUV光刻机的精度要求很高,所以它的生产制造难度也很高。当初汇聚了西方四十多个国家,它们各自在自己领先的领域提供顶尖的零部件,最后才在荷兰的阿斯麦公司生产出了第一台EUV光刻机。
由于这一原因,当美国开始对中国半导体产业施加压力时,光刻机行业的领军企业阿斯麦公司的首席执行官(CEO)曾在公开场合向媒体表示,光刻机的制造汇集了全球多个国家的顶尖技术。他指出,中国想要独立研发并制造出光刻机,是一项几乎不可能完成的任务。
但仅仅一年之后,中国就拿出了自己的DUV光刻机。虽然还只能制造14纳米的芯片,但已经迫使阿斯麦公司的总裁温克宁开始改口,他说中国有十四亿人,而且聪明人很多,他们能想到我们未想到的解决方案,出口管制只会迫使他们提升创新能力。
到了2023年,中国在EUV光刻机三大核心部件EUV光源、高精度弧形反射镜、超高精度真空双工作台上都已经取得了突破。这彻底打破了阿斯麦公司独占EUV光刻机的局面。
而此时的阿斯麦总裁温克宁显得有点儿气急败坏,他对媒体说,中国自主研发光刻机,破坏了全球芯片产业链平衡,尤其是华为公司。
这就说完了前道光刻机的故事。完成前道光刻机的工序后,晶圆就会进入之后的工序,由中道和后道光刻机来继续制造。
经过刻蚀和清洗的晶圆,已经形成了芯片上的线路和元器件。接着人们将剩下的光刻胶清洗掉,注入等离子体,改变晶圆上的电子性能。让晶圆上的元器件具有半导体性能,也就是能根据逻辑电路的要求,实现可控的通电和断电。1代表通电,0代表断电。
无数的0和1就组成了所谓的机器语言。芯片会根据这些0和1,进行程序运行和输出计算结果。
做好这些之后,就要进行芯片的封装。简单地说,就是给芯片装个外壳,这个外壳的作用是密封和保护芯片,也方便在电路板上安装和固定芯片,同时能起到给芯片散热的作用。芯片封装如下图所示。
»芯片封装
封装还有一个非常关键的作用,那就是建立芯片与外界的联系桥梁。首先用导线将芯片上的连接点与芯片的引脚连接,然后通过引脚与电路板上的线路连接,使得芯片能与其他元器件共同工作。封装好的芯片如下图所示。
»封装好的芯片
芯片是整个电子设备中的重要组成部分之一,它与整个电子设备的应用和功能息息相关。每种电子产品都会对应一款为自身设计的芯片,或者说,为了使用某种新型芯片,电子产品也会围绕它做特定的设计。
明白了这一点,读者们就不会犯冯·德莱恩的低级错误。她在2022年对媒体说,俄罗斯现在已经没有芯片了,只能从洗碗机和冰箱中取出芯片供导弹使用。这是典型的对芯片作用不了解所说的外行话。而有些人将某款芯片的问题扩大到整个芯片行业,也是一种不懂行的表现。