03.04 芯片制造的关键设备,光刻机,光刻机工作时要5万个零件协调工作

没有芯片,就造不出现代计算机和手机,而没有光刻机,就不容易造出好的芯片。

光刻机是啥?

它的基本原理是用极细极细的激光在芯片底板上开凿出电路线。

芯片制造的关键设备,光刻机,光刻机工作时要5万个零件协调工作

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如果我们将芯片放在高倍显微镜下观察,会发现上面布满了线条,很像一幅大城市的航拍图。这些密密麻麻的线条就是光刻机的杰作。电子沿着这些线条,按人们在键盘上输入的命令运行,不同的命令会得出不同的结果。这也像人们在城市里开车,不同的目的地,就会有不同的线路选择。

芯片制造的关键设备,光刻机,光刻机工作时要5万个零件协调工作

指甲盖大小的芯片,密布了千万条线路,纹丝不能乱,所以它对光刻机的精度要求极高。


目前世界上最先进的光刻机,刻出的芯片线路,线与线间的距离只有3纳米,相当于12个原子排成一排的宽度,约合一根头发丝直径的二万分之一。


因制造精密,光刻机价格不菲。当前世界上,最先进的光刻机单台售价近10亿元人民币。


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我国光刻机设备商有上海微电子装备公司,所产光刻机精度可以达到90纳米。用它刻出的芯片,相当于2004年上市的奔腾四CPU的水平。这和当前发达国家最先进水平相比还有不小的差距。


制造光刻机,最卡脖子的技术有两项:一是稳定的激光源。它使用波长极短的极紫外光,对光学系统要求极高,目前只有美国掌握,但不卖给中国。二是光刻机的镜头。它由20多块锅底大小的镜片串联组成。镜片需要高纯度的透光材料和高质量的打磨技艺,目前只有德国掌握。德国造的光刻机镜片,有极高的平整度、光滑度。作个比喻,如果把这些镜片放大到德国面积大小(35.7万平方公里,相当于我国山东+河南面积总和),镜面上也不会有超过1厘米的凹凸。


除此之外,

光刻机在工作时,5万多个零件还要整齐划一地协同工作。对这一协同性能,有科学家作过比喻:好比两架飞机在天上飞,从起飞到降落,始终齐头并进。这时一架飞机上伸出一把刻刀,在另一架飞机上的米粒上刻字!


因此,研发出先进的光刻机,绝不是只懂原理、能画出图纸就能干好的工作。上海微电子装备公司曾去发达国家考察,有外国工程师直言不讳地说:“给你们全套图纸,你们也不可能在几年内做出来。”没有对所有细节的极致追求,做不出这种患有“强迫症”的精密机器。


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光刻机是人类智慧的结晶,是当今世界最尖端的光学、材料学和机械工程学的结合体。它是西方科技界通过上百年的努力钻研,在高科技领域掌握的看家本领之一,其研发制造技术绝无可能轻易授予他人。


目前,我国科技创新的许多领域,和发达国家相比,正处在“跟跑、并跑、领跑”三跑并存阶段。未来,随着我国综合国力的不断强大,我们有充分的信心攻克难关、后来居上。


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