光刻机负责“画”,蚀刻机负责“雕”,技术要求和光刻机一样。光刻机负责把电路图复制到硅片上,剩下的就是刻蚀机了。它通过蚀刻去除电路图中多余的硅片,只留下有用的电路图。工艺分为湿刻和干刻。目前湿法雕刻应用广泛,干法雕刻技术不成熟。这些任务看似简单,但与光刻机有相同的技术要求。
光刻机将电路图投射到覆盖有光刻胶的硅片上,蚀刻机将刚刚涂上电路图的硅片上多余的电路图蚀刻掉。好像不难,但是有个形象比喻。每个芯片上的电路结构放大无数倍比北京的整个电路图还要复杂。这就是光刻和蚀刻的难点。两者的加工精度是头发直径的千分之一到万分之一。对于16nm的CPU,处理规模是普通人发的1/5000,处理精度和可重复性要达到1/50000,更不用说更先进的10nm和7nm的CPU了。
光刻机自问世以来经历了五代的发展。现在世界上最新的光刻机制造商是荷兰的ASML (Asme),它已经能够大规模生产第五代EVU的7纳米工艺。上海微电子虽然发展迅速,但也只是实现了光刻机第四代ArF的90nm工艺,仍然无法量产。量产能力方面,落后近两年,研发能力方面,落后一年。因此,中国的光刻水平与世界领先水平仍有很大差距。
国内蚀刻机生产水平最高的企业是中威半导体设备(上海)有限公司(这个企业也是国企,前两个股东也是国企,所以有人说国内的光刻机没有发展是因为国企,这是不对的。中威半导体也可以说是国企,但蚀刻机的技术水平是世界领先水平。中国蚀刻机械的发展离不开以尹志尧为代表的几十位海外技术专家。尹志耀曾担任应用材料公司(Applied Materials)副总裁(Applied Materials是半导体设备的领先制造商),参与领导了几代等离子刻蚀设备的开发,在美国工作期间拥有86项专利。2004年回国后,在国家的领导下成立了中国微半导体公司,尹志耀等人重新投入到刻蚀机的研发中。只用了三年时间就做出了世界领先的高性能刻蚀机,这是美国人无法接受的,他们还起诉中国微半导体专利侵权,但最终的验证结果是没有侵权。(这就是中国微电子发展比上海微电子快的原因。毕竟没有上海微电子的人才在荷兰ASML工作过。也许正因为如此,美国现在禁止ASML招聘中国雇员。).中国的刻蚀机技术位居世界前三,中微半导体介质刻蚀机获得了TSMC 7纳米和10纳米生产线。中微型半导体刻蚀机的制造工艺已经达到5纳米,并得到了TSMC的验证。
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