什么是*** ***實(shí)現(xiàn)真的很難嗎

今天小編將為大家分享關(guān)于***的一些知識。在最近這個不太平的日子里面，要不是美國作妖，可能大眾都沒能夠認(rèn)識到***這么一個“小”玩意兒竟然成為卡脖子的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

我們帶著這樣的疑問繼續(xù)為大家分享關(guān)于***的知識，在文章的最后小編會對這個問題提出自己的看法和觀點(diǎn)，希望與大家有交流。

什么是***

光刻-Photolithography，也叫做光刻技術(shù)或者是UV光刻技術(shù)，利用光纖（準(zhǔn)確的來說波長極短的不可見光）將幾何圖案從光學(xué)掩膜投射到基板上的光敏化學(xué)光刻膠上面，進(jìn)行一系列化學(xué)處理或者將曝光突然刻蝕進(jìn)材料，以將所需要的圖案沉積制作為新材料。簡單來說就是將設(shè)計好的芯片的電路結(jié)構(gòu)“畫”在一張“透明紙”（光掩模）上面，然后用一束“手電筒光”（深/極紫外光）照在這張“紙”上面，通過一個凸透鏡，投影到另外一張“紙”（涂有光刻膠的基板）上面，把電路結(jié)構(gòu)“留”（刻蝕）在上面。

***中的難點(diǎn)

1.關(guān)于摩爾定律：

摩爾定律是由英特爾的創(chuàng)始人之一戈登.摩爾提出的：集成電路上可以容納的晶體管的數(shù)量每兩個便會增加一倍，也就代表著處理器的性能每個兩年翻一番。在電子的世界里面，所有的信息都一個用兩個數(shù)字代表，既0和1。同樣在芯片當(dāng)中也可以用0和1表征，0和1的表征追根溯源就可以到基本元器件-晶體管上面了。

芯片上的晶體管的體積、數(shù)量直接影響了電子設(shè)備的尺寸和性能。原來老舊的臺式計算機(jī)使用的電子元器件的尺寸很大、芯片集成的晶體管的數(shù)量很少，以至于其計算性能遠(yuǎn)不能與現(xiàn)在的電腦或者手機(jī)相提并論。其如此大的變化的背后就是摩爾定律的支撐。

在摩爾定律的支撐下，就會要求芯片里面容納的晶體管的數(shù)量越來越多，同時需要保持芯片的體積越來越小。這就需要芯片內(nèi)部的電路細(xì)節(jié)能夠做到越來越精細(xì)，如今需要兩個器件之間的間距只有幾個納米。那么以人力怎么能夠制造出這么精細(xì)的設(shè)備呢？那當(dāng)然是不可能的，人力就不要想了，還是得靠專業(yè)的設(shè)備+專業(yè)的人力。

回想一下，我們在遠(yuǎn)程觀測、生物細(xì)胞等方面，需要看到更遠(yuǎn)的、更小的東西是怎么處理的？應(yīng)望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等設(shè)備將小的東西放大。對的，就是用放大。

但是在芯片制造過程中怎么進(jìn)行放大呢？很簡單，投影儀相信大家都了解過。投影儀可以把小的底片上面的圖像投影到很大的一個幕布上面，讓更多人的看到細(xì)節(jié)的東西，***的核心之一就是放大。通過制造一個放大了的膜子，將電路畫在上面，然后通過光照投影到硅晶片上面，就如之前介紹的圖中一樣。

2.如何判定尺寸大小：

在前幾年，人們都在說摩爾定律的極限到了，芯片上面能夠集成的晶體管的數(shù)量也到頭了。但是就在這個關(guān)鍵的時候，荷蘭的ASML研制出了EUV***，進(jìn)一步的提高了晶體管研制精度。(EUV：Extreme Ultra-violet，極紫外光刻，常稱作EUV光刻，它以波長為10-14納米的極紫外光作為光源的光刻技術(shù)。具體為采用波長為13.4nm 的紫外線。)

說到這里不得不提一下公式的東西，也就是瑞利判據(jù)。

“在成像光學(xué)系統(tǒng)中，分辨本領(lǐng)是衡量分開相鄰兩個物點(diǎn)的像的能力。由于衍射，系統(tǒng)所成的像不再是理想的幾何點(diǎn)像，而是有一定大小的光斑（愛里斑），當(dāng)兩個物點(diǎn)過于靠近，其像斑重疊在一起，就可能分辨不出是兩個物點(diǎn)的像，即光學(xué)系統(tǒng)中存在著一個分辨極限，這個分辨極限通常采用瑞利提出的判據(jù)：當(dāng)一個愛里斑的中心與另一個愛里斑的第一級暗環(huán)重合時，剛好能分辨出是兩個像。-百度百科”

簡單來說就是能夠分辨兩個物點(diǎn)的尺寸正比于光的波長，所以想要分辨更小的尺寸就要更短的波長，也就是產(chǎn)生更短波長的光。所以***不停的提升，不斷的折騰，基本上就是為了一件事情，想辦法讓波長更短。但是這就是非常困難的一點(diǎn)。

目前工業(yè)界成熟度最高的是使用波長在193nm的深紫外光（DUV），比如醫(yī)學(xué)里面的近視矯正。但是這個波長在更精細(xì)的元器件制造中已經(jīng)完全不夠用了。直到人們利用DUV產(chǎn)生出了13.5nm的EUV。

EUV并不是直接產(chǎn)生出來的，而是利用DUV光的脈沖去擊打液態(tài)金屬錫激發(fā)出來的。但是要知道，需要將光通過照射掩膜并在硅晶圓上刻蝕出電路，那么就需要打出的光具有很高的能量。這種有DUV擊打液態(tài)金屬錫的方法經(jīng)過一次消耗之后不足夠產(chǎn)生足夠的能量無法正常照射電路。怎么辦？一槍不夠，打兩槍。第一槍把液態(tài)金屬錫打平，第二槍激發(fā)出光，這樣就能夠保證激發(fā)出的光有足夠的能量。

但是我們要知道，在打擊過程中，液態(tài)金屬錫是從空中掉落下來的，要控制好光在掉落過程中擊打兩次，同時要控制好之間的時間間距。這就需要擊打的頻率高達(dá)50000次/秒。我們通過下面的視頻來看看這個擊打的過程。

3.解決光的問題：

上面提到的是如何解決光源的問題，但是這僅僅是開始的第一步。有了光接下來就需要考慮如何把光傳輸?shù)轿覀冃枰丈涞难谀ど厦媪?。說到這里就可能會有人說，光嘛，直接照射不就可以了嗎？產(chǎn)生出來，在后面直接懟上一張掩膜就行了嘛，還有什么難的？

其實(shí)不然，要是這么簡單那么系統(tǒng)就不會這么復(fù)雜和龐大了。在利用光源系統(tǒng)產(chǎn)生光的時候需要解決以下幾個問題：

• 如何保證通過擊打液態(tài)金屬錫產(chǎn)生出來的光是純凈的13.5nm的光？
• 如何過濾掉我們不需要的光？
• 光在傳輸過程中出現(xiàn)位置偏差怎么辦？

Source:lithography gets extreme

為了解決上面這些問題（可能還有其他問題），就需要設(shè)計適合的光路傳輸路徑和反射鏡面。使用反光鏡構(gòu)建光路是常用的方法，例如在潛水艇中的潛望鏡。但是肉眼觀察的光強(qiáng)度和EUV中的光強(qiáng)度是完全不同的等級。在EUV中用到的光反射鏡每一次對光反射就會損失 30% 光的強(qiáng)度。這是因?yàn)镋UV中的光“脆弱的不堪一擊”， 連空氣都可以吸收掉 ，到最后就只剩大約2%的光強(qiáng)了。強(qiáng)度不夠怎么辦？照兩次顯然是行不通的，那么只有加大輸入功率。因此EUV是一個極度“吃電”的“怪物”。

同時將光路進(jìn)行如此多的反射還有一個目的，就是為了在不同的傳輸位置設(shè)置采樣點(diǎn)，對光的信息進(jìn)行 抽樣采集并進(jìn)行分析 ，來查看光傳輸過程中有沒有出現(xiàn)差錯。我們知道累計誤差是非?？植赖?，因此要在每一個環(huán)節(jié)都對光路進(jìn)行檢查即使調(diào)整，減小最后的誤差。這里就要提到光學(xué)檢測領(lǐng)域的愛馬仕，漢民微測科技（Hermes Microvision）。ASML在2016年用31億$的價格收購了這家公司，就是為了優(yōu)化其設(shè)計和過程模型的方式，幫助光學(xué)和電子書系統(tǒng)更好的刻畫上芯片的功能。

光路反射，必不可少的就是反射鏡面。說到這里就不得不提這個由制造強(qiáng)國德國的蔡司公司制造的反光鏡，這個反光鏡是由特殊的材料制作的，它 只能發(fā)射13.5nm的光 。這個鏡子精密到什么程度呢？如果把直徑30cm的鏡子放大到地球這么大，它的表面凸起僅僅有一根頭發(fā)的厚度。這個鏡子有40層組成，誤差累積會嚴(yán)重影響最后的效果，因此可想而知每一層的精細(xì)程度。ASML的工程師說“ 這可能是地球上人造的最光滑的表面了 ”。說到這里讓我想起了《三體》里面的水滴。

是不是感覺非常牛逼。感覺EUV就是在挑戰(zhàn)整個人類的極限和文明高度。

4.這樣就可以量產(chǎn)了嗎？

答案當(dāng)然不是。

• 錯誤檢測系統(tǒng) ：上面提到的在光路中進(jìn)行多次采樣檢測的工作是為了避免光路出錯。當(dāng)然在整個系統(tǒng)中需要對每一個部件進(jìn)行檢錯。注意，這可不是寫代碼的時候找Bug這么簡單了，一個程序可能遺留了很多bug，但是并不影響程序整體的運(yùn)行和使用，但是在EUV中，小到納米級別的一個顆粒般的錯誤都可能導(dǎo)致最后芯片批量的報廢，這個成本是無法估計的。因此在EUV中必須要存在多種不同的糾錯系統(tǒng)，去反復(fù)檢查系統(tǒng)中的bug。
• EDA軟件是一個非常重要的東西，它直接和你的光掩膜上面刻畫的電路相關(guān)。各個廠家會提供對應(yīng)的PDK，供你按照一定的規(guī)則去設(shè)計自己的電路。例如Cadence，ADS等電路設(shè)計EDA軟件。
• 雙工件臺系統(tǒng) ：雙工件系統(tǒng)是用來進(jìn)行對準(zhǔn)（Overlay）的操作的。對這個模塊的要求高到什么程度呢？引用網(wǎng)上的一個說法：“ 相當(dāng)于兩架大飛機(jī)從起飛到降落，始終齊頭并進(jìn)。一架飛機(jī)上伸出一把刀，在另一架飛機(jī)的米粒上刻字，不能刻壞了 ”
• 系統(tǒng)集成 ：系統(tǒng)集成好不好做？傳統(tǒng)的行業(yè)系統(tǒng)集成可能還好做。比如測試測量行業(yè)，用幾臺測試儀器就可以搭建起來一個完整的測試系統(tǒng)，這其中可能就只需要設(shè)計一些接口、通信總線、軟件界面等。但是千萬千萬不要認(rèn)為EUV的系統(tǒng)集成非常簡單。上海電子裝備董事長賀榮明說過，***內(nèi)部的溫度變化要控制在千分之五度，就需要用到合適的測溫方法和精準(zhǔn)的傳感器；
• 關(guān)于廠房 ：EUV生產(chǎn)的廠房的光線是黃色的，因?yàn)辄S光波長很長，光刻膠對短光敏感，所以用黃色的光對晶圓加工來說就相當(dāng)于關(guān)燈；ASML在疫情期間加工進(jìn)度并沒有受到影響，為什么，因?yàn)榇蠹叶即┏蛇@樣：因?yàn)?**的環(huán)境需要無塵的環(huán)境，ASML的環(huán)境需要超凈間，比外部干凈1w倍。每小時凈化空氣30萬立方米；***對震動非常敏感，所以對廠房的地基要求非常高，某種程度上來說需要實(shí)現(xiàn)“懸浮“。還有其他balabalabala......

7nm的極紫外線***，分為13個系統(tǒng)，3萬個分件，90%的關(guān)鍵設(shè)備來自外國，有德國的光學(xué)設(shè)備和超精密機(jī)械、美國的計量設(shè)備和光源設(shè)備。我們來看看ASML的幾大供應(yīng)商列表：

要把來自這么多不同地區(qū)和國家設(shè)備、技術(shù)融合在一起，集成為一臺EUV，可想難度之大，成本之高，以至于一臺EUV的價格可以高達(dá)數(shù)億美元。ASML還有一個奇特的規(guī)定，只有投資了ASML才能獲取優(yōu)先供貨權(quán)，三星、臺積電、intel、海力士都是ASML的大股東，大部分的高端***被這些廠商“優(yōu)先”采購。

文章最后，我們回到最開始提出的問題。舉一國之力能否造出***，這里小編不能說這是不可能的事情，因?yàn)樵瓉砦覀儧]有原子彈最后也有了（千萬不要杠我說原子彈和EUV是兩個不同的東西，小編不是智障。）但是可想而知，要消耗的人力、物力、時間成本是多少。ASML花費(fèi)了30年的時間，砸了1000多億人民幣，集合了幾十個國家的技術(shù)才研制了EUV出來。要舉一國之力在短時間內(nèi)研制出來，難度可想而知。