我们现在手里拿的手机，工作中使用的电脑，家居生活中所用到的人工智能产品。

你知道里面最核心的东西是什么吗？

对，就是芯片。

而光刻机又是芯片生产中必不可少的设备。

有同学肯定会问啦：光刻机是什么？它为什么这么重要？

别急，让我慢慢来告诉你。

这里先来了解芯片是如何制造出来的？

如果想要制作一个芯片大概分这几个步骤：

第一就是我们要设计芯片电路图。

比如我们想要实现一个功能，那么如何实现？

这就需要高级的人才把电路设计出来。

第二就是制作。

芯片的制作流程是怎样的呢？

首先芯片的基板是由普通的沙子制成的，这个基板就叫做“硅晶圆”。

我们知道沙子的成分是二氧化硅。在制造这些晶圆的过程中，要将硅提纯并熔化，

再从中拉出呈柱状的单晶硅晶棒，其产物是完美的硅晶格，之后晶体管将安置在上面。

然后把它切片，切成很多片，变成硅片。

然后就开始制作了。

首先在硅片上涂一层胶，也就是光刻胶，它的作用是可以感光。

下一步就是进行光刻。

光刻是什么意思？简单说就是用光去照射它。

利用光刻技术将设计好的电路结构刻到晶圆上。

之前说的光刻胶，它是对光敏感的。

光一照它就会在硅片上反应，然后就在硅片上留下刻痕，但是光不是随便照。

这里我们的主角光刻机要登场了。

光刻机的原理其实就是一台大型照相机。

紫外光把要雕刻的电路板通过凸透镜打在涂抹了光刻胶的硅晶圆上，将电路印在上面。

这里要提一下：

灰尘对晶体管的影响很大，所以晶圆制造环境必须是无尘的，真空环境。

并且这种环境要比一般医院的手术室还要干净10万倍。

因为即便空气中没有任何灰尘，气体分子本身也会影响紫外光成像。

作为光刻机核心部件的反射镜，其工艺调剂极其苛刻，瑕疵是用皮米来计算的。

什么是皮米？1皮米相当于1米的一万亿分之一。

拿我们熟悉的纳米来作比较：

假设一根头发的直径是0.05毫米，把它轴向平均剖成5万根，每根的厚度大约就是1纳米。

也就是说，1纳米就是0.000001毫米，而1纳米是等于1000皮米。

光刻机必须把工程师绘制的电路板精确无误的投到硅晶圆上，不允许有丝毫误差，可见难度之高！

之后在晶片上有很多微小的空隙注入离子，注入离子以后就会产生PN结，利用这个东西就会制造出上千万个元件。

第三就是封装。

这些工艺完成以后芯片的原型才形成，接着经过切割封装和插针等步骤以后芯片就生产出来了。

可以看得出来最难的是设计，其次是制作，最容易的是封装

这里重点说说光刻机这个东西。

在光刻机领域几乎垄断这个行业的霸主是一家荷兰的公司，叫ASML，又叫阿斯麦，是一家专门生产光刻机的企业。

即使是晶圆代工国际大厂，比如我们知道的英特尔、AMD等等都需要向这家公司购买先进的光刻机才能完成芯片生产。

而且一台设备一亿美金，更重要的是，每年就卖几台。

那么为什么全世界只有荷兰的ASML才能制造顶级的光刻机呢？

这家公司可以说是世界上最顶尖的光刻机生产商，可以说是第一强，世界第二已经被远远甩在后面了。

他们掌握了现在最先进的EUV 极紫外光技术，这种光刻机已经能够制造7纳米以下制程的芯片了。

再结合自己的封装技术，也就是说可以算是“独孤求败”的境界了。

这里给大家科普下：

什么是EUV极紫外光？

紫外光源可以分为：可见光，紫外光 UV，深紫外光 DUV，极紫外光EUV。

越往下，它们的波长就越短。

波长越短，就表示光刻的刀锋越锋利，对于精度控制要求也就越高。

当然了，ASML并不是白手起家的公司。

而是从著名电子制造商飞利浦独立出来的一个公司，背后研发实力、经费实力一点也不差，可以说不缺钱。

这家公司集中了无数资源和丰富的研发经验。

但是你想不到的是ASML的光刻机中超过90%的零件都是向外采购的，即使零件多数都是向外采购的，但是核心技术人家是有的。

其次独特的合作模式也是ASML成功原因之一。

ASML有个奇特的规定就是只有投资ASML才能获得优先供货权，意思就是要求客户要先投资自己才行。

这样的合作模式让ASML获得了大量的资金。

可以说大半个半导体行业都是ASML一家的合作伙伴，这样会发生什么呢？

这样会形成了庞大的利益共同体，就算是技术研发出现了失误，大家平摊风险就好了，各家也可以通过不同的资源来进行优化。

这里说下我国的芯片发展历程：

2000年台积电并购了世大积体电路，导致不少世大主管以及工程师出走上海。

这些工程师就是现在“国家队”中芯国际半导体创始人，前CEO 张汝京。

2004年4月，中芯国际在海外注册创立。自此开启中国半导体舰队起航的蓝图。

张汝京带领海外400人才大军，协助中国半导体从0到1。

中国大陆晶圆代工产品从0到1 要归功于中芯国际创始人张汝京。

在他的领导下，建立中国大陆第一座8寸晶圆厂。

那么为什么这么多年过去，没有培养足够的本土化人才呢？

中国早期发展半导体是靠从美国德州仪器出身的张汝京对产业从0到1的贡献。

但这期间高速发展，过度扩大产能以及效率不高的经营下，导致每一家半导体厂都陷入亏钱窘境。

而之后互联网产业兴起，在抢人才方面成为了集成电路产业一个强势竞争对手。

互联网行业新鲜、有趣、又接近普通大众，看起来更是光鲜亮丽，对优秀人才极具有磁吸效应。

而半导体产业却不是这样的，要日夜轮班研发，生产线是24小时轮转。

因为这完全代表了一个国家科技水平一分钟也不能耽误。

中国芯片业在加速技术换代，其中中芯国际更是大陆半导体的领头羊。

它的最大目标是缩短与台积电、三星等之间的技术差距。

2019年中芯国际完成14nm制程量产，同时中芯国际以N+1制程冲击7nm工艺。

我们常说的7nm工艺 14nm工艺具体是什么含义呢？

其实说的是晶体管栅极的最小线宽。

栅极越窄，则芯片损耗越低，同时尺寸也越小。

前面说的制程这个概念，其实就是栅极的大小，也可以称为栅长。

所以芯片界以栅极宽度命名芯片制程，但是栅极宽度并不代表一切。

栅极之间的距离和内部连接间距也是决定性能的关键要素，这两个距离决定了单位面积内晶体管的数量，而这个才是最值得关注的指标。

从晶体管诞生之初，人类就千方百计的把它缩到最小。

目前最顶尖的7nm工艺在物理上已经接近极限。

现在广泛使用的DUV又称深紫外光刻机，与之对应的EUV 称为级紫外线光刻机。

中芯国际 14nm制程就是用DUV造出来的。

中芯国际的下一代N+1工艺和14nm相比性能提升了20%，功耗降低了57%，逻辑面积缩小了63%，SOC面积减少了55%。

而这已经是7nm的技术标准了。

7nm还是10mm已经不是那么重要了，并不是说栅极宽度不够小，芯片就不先进。

重要的是在每平方毫米芯片上如何塞满1亿个晶体管。

中国这些年一直在同ASML公司谈判，目前中芯国际第一台从ASML采购的光刻机已经搬入厂内，

为中国打开了高端芯片制造业的产业大门，为未来5nm制程产生了巨大的作用。

芯片产业不仅需要大量的研发资金，还需要更多的人才，同时也需要先进的技术。

如果你只买回了机器，而没有掌握其中的技术路线，就等于买回来一堆废铁。

所以说对于芯片界来说，真正重要的还是行业顶尖的技术人才。

好啦，今天的内容就到这里，如果你喜欢我们“52赫兹实验室”。

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什么是光刻机？国产芯片发展如何？