光刻机是哪个国家生产的?到底干什么用的?

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对芯片有所了解的人应该知道,现如今无论是手机芯片、汽车芯片还是其他领域,包括军事、航空航天等应用,芯片都离不开光刻。可以说如果没有光刻机,芯片就无法正常制造。那么光刻机到底是个啥呢?

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光刻机也被称为掩膜对准曝光机,其工作原理和冲印照片类似,利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光,光刻胶见光后会发生性质变化,从而使光罩上得图形复印到薄片上,从而使薄片具有电子线路图的作用。这就是光刻的作用,类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上,而光刻刻的不是照片,而是电路图和其他电子元件。听上去确实很简单,但实际上,制造光刻机的技术却极难。

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镜头: 镜头是光刻机最核心的部分,采用的不是一般的镜头,可以达到高2米直径1米,甚至更大。光刻机的整个曝光光学系统,由数十块锅底大的镜片串联组成,其光学零件精度控制在几个纳米以内,目前光刻机镜头最强大的是老牌光学仪器公司德国蔡司,ASML用的就是他家的镜头。 光源: 光源是光刻机核心之一,光刻机的工艺能力首先取决于其光源的波长。

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最早光刻机的光源是采用汞灯产生的紫外光源(UV),对应的分辨率大约在200nm以上。 随后,业界采用了准分子激光的深紫外光源(DUV)。将波长进一步缩小到193nm。为进一步提升光源分辨率,工程师发明了一种浸入技术(ImmersionTechnology)。 所谓浸入技术,就是让镜头和硅片之间的空间浸泡于液体之中。由于液体的折射率大于1,使得激光的实际波长会大幅度缩小。目前主流采用的纯净水的折射率为1.44,所以浸入技术实际等效的波长为193nm/1.44=134nm。因此此技术实现更高的分辨率。

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这之后,业界开始采用极紫外光源(
EUV:ExtremeUltravioletLight)来进一步提供更短波长的光源。目前主要采用的办法是将准分子激光照射在锡等靶材上,激发出13.5nm的光子,作为光刻机光源。目前,各大代工厂在7nm以下的最高端工艺上都会采用EUV光刻机,其中三星在7nm节点上就已经采用了。而目前只有荷兰ASML一家能够提供可供量产用的EUV光刻机。

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工艺节点(nodes)是反映集成电路技术工艺水平最直接的参数。目前主流的节点为0.35um、0.25um、0.18um、90nm、65nm、40nm、28nm、20nm、16/14nm、10nm、7nm等。

在28nm节点以前,节点的数值一般指MOS管栅极的最小长度(gatelength),也有用第二层金属层(M2)走线的最小间距(pitch)作为节点指标的。 节点的尺寸数值基本上和晶体管的长宽成正比关系,每一个节点基本上是前一个节点的0.7倍。这样以来,由于0.7X0.7=0.49,所以每一代工艺节点上晶体管的面积都比上一代小大约一半,也就是说单位面积上的晶体管数量翻了一番。这也是著名的摩尔定律(Moore‘sLaw)的基础所在。一般而言,大约18~24个月,工艺节点就会发展一代。

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但是到了28nm之后的工艺,节点的数值变得有些混乱。一些代工厂可能是出于商业宣传的考量,故意用一些图形的特征尺寸来表示工艺节点,他们往往用最致密周期图形的半间距长度来作为工艺节点的数值。这样一来,虽然工艺节点的发展依然是按照0.7倍的规律前进,但实际上晶体管的面积以及电性能的提升则远远落后于节点数值变化。更为麻烦的是,不同代工厂的工艺节点换算方法不一,这便导致了很多理解上的混乱。根据英特尔的数据,他们20nm工艺的实际性能就已经相当于三星的14nm和台积电的16nm工艺了。

光刻机是芯片行业最最重要设备,可以说没有光刻机就没有芯片。我们国家也正在研发之中,并且现在来说也是取得了一些成就,就目前的研发速度和状态来看,我们也应该相信即便是外部的技术封锁,靠着我们自己的努力也是能够攻克这道难关!

标签: 芯片

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