光刻机是怎么工作的?一台光刻机一年能制造多少芯片?
光刻机发出的光用于通过带有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光。光刻电阻的特性在看到光后会发生变化,从而使掩模中的图形可以复制到薄片上,使薄片具有电子电路图的功能。这是光刻的功能,类似于照相机摄影。相机拍摄的照片打印在底片上,而照片不被记录,而是电路图和其他电子元件。根据网上资料显示,一台光刻机一天大约可以有效制造600块左右,一年就可以制造差不多21.9万块芯片。
光刻机为什么会如此的重要?
目前,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。现在世界上的芯片仍然是硅基芯片。经过近半个世纪的发展,芯片的关键尺寸逐渐缩小,从最初的电子管到晶体管,再到集成电路的发明。目前,我们仅有的技术是光刻技术。因此,如果没有光刻机,芯片就无法正常制造,目前也没有替代光刻机的产品。
一台光刻机有多难造?
光刻机的制造难度非常大,可以说一台光刻机用到的零部件全是各个国家最先进的技术产品。那我们就拿EUV的光刻机举例,有几吨重的镜头,而且还要确保无杂质,拥有纳米级别的分辨率。如果镜头有任何缺陷都是不可接受的,而且镜头的曲率非常薄。第二个困难在于光源,这很难做到。还必须考虑通过每个镜头和光路的光的折射损失,并且可用于光刻的能量非常小。
中国能否自己造一台光刻机?
光刻机在全世界非常稀有,发达国家为了阻止中国发展,禁止出售光刻机到我们国家。但是,近几年我国的科学家和政府都在加大在光刻领域的研究,而且也取得了一些进展,也开始进行国产光刻机的制造。但是尽管我们国家这么努力,但对比asml的光刻机技术,可以说我们连门槛都还没有摸到。不过唯一值得庆幸的事是,国家已经注意到了光刻机的重要性,开始在资金,人才,政策方面给予了大力的扶持。我相信未来我国的光刻技术一定会实现弯道超车。
当芯片工艺达到7Nm时,需要一台EUV光刻机,也称为极紫外光刻机,世界上只能生产荷兰的ASML。
ASML的生产能力有限,自2015第一次EUV光刻机交付以来,2020年底已经交付了100台,而在2021上半年已经交付了16台,这意味着迄今为止已经交付了116份。基于出货量最大的最基本的nxe,3400c,我们每小时加工170块12英寸晶圆,而12英寸晶圆的面积约为70659平方毫米,华为麒麟9000芯片的面积约为100平方毫米。
如果使用100%的晶圆,12英寸晶圆可以生产700 Kirin 9000芯片,但实际上考虑到棱角切割和成品率问题,12英寸晶圆可以切割约450 Kirin 9000芯片。ASML nxe:3400c EUV光刻机可以在一小时内生产76500个麒麟9000芯片。考虑到90%的可用性,它也是68850个芯片。它可以24小时生产165.24万片芯片,每月生产4957.2万片麒麟9000片,每年生产5.95亿片芯片。
如果购买一台ASML nxe:3400c EUV光刻机,而不使用最新的nxe:3600d,那么国内高端芯片的生产能力基本可以得到保证。荷兰ASML制造商还宣布,将在中国台湾金银岛正式建设第一个海外培训中心,亚洲培训中心。ASML之所以要建立这个培训中心,主要是为了培训光刻工程师使用最先进的EUV光刻产品,以提高5nm/3nm芯片的产量,该培训中心每年可培训360多名EUV光刻机操作工程师。它的建成将帮助台积电大大提高高端芯片的生产能力。