什么是*** ***实现真的很难吗

今天小编将为大家分享关于***的一些知识。在最近这个不太平的日子里面，要不是美国作妖，可能大众都没能够认识到***这么一个“小”玩意儿竟然成为卡脖子的关键环节。

我们带着这样的疑问继续为大家分享关于***的知识，在文章的最后小编会对这个问题提出自己的看法和观点，希望与大家有交流。

什么是***

光刻-Photolithography，也叫做光刻技术或者是UV光刻技术，利用光纤（准确的来说波长极短的不可见光）将几何图案从光学掩膜投射到基板上的光敏化学光刻胶上面，进行一系列化学处理或者将曝光突然刻蚀进材料，以将所需要的图案沉积制作为新材料。简单来说就是将设计好的芯片的电路结构“画”在一张“透明纸”（光掩模）上面，然后用一束“手电筒光”（深/极紫外光）照在这张“纸”上面，通过一个凸透镜，投影到另外一张“纸”（涂有光刻胶的基板）上面，把电路结构“留”（刻蚀）在上面。

***中的难点

1.关于摩尔定律：

摩尔定律是由英特尔的创始人之一戈登.摩尔提出的：集成电路上可以容纳的晶体管的数量每两个便会增加一倍，也就代表着处理器的性能每个两年翻一番。在电子的世界里面，所有的信息都一个用两个数字代表，既0和1。同样在芯片当中也可以用0和1表征，0和1的表征追根溯源就可以到基本元器件-晶体管上面了。

芯片上的晶体管的体积、数量直接影响了电子设备的尺寸和性能。原来老旧的台式计算机使用的电子元器件的尺寸很大、芯片集成的晶体管的数量很少，以至于其计算性能远不能与现在的电脑或者手机相提并论。其如此大的变化的背后就是摩尔定律的支撑。

在摩尔定律的支撑下，就会要求芯片里面容纳的晶体管的数量越来越多，同时需要保持芯片的体积越来越小。这就需要芯片内部的电路细节能够做到越来越精细，如今需要两个器件之间的间距只有几个纳米。那么以人力怎么能够制造出这么精细的设备呢？那当然是不可能的，人力就不要想了，还是得靠专业的设备+专业的人力。

回想一下，我们在远程观测、生物细胞等方面，需要看到更远的、更小的东西是怎么处理的？应望远镜、显微镜等设备将小的东西放大。对的，就是用放大。

但是在芯片制造过程中怎么进行放大呢？很简单，投影仪相信大家都了解过。投影仪可以把小的底片上面的图像投影到很大的一个幕布上面，让更多人的看到细节的东西，***的核心之一就是放大。通过制造一个放大了的膜子，将电路画在上面，然后通过光照投影到硅晶片上面，就如之前介绍的图中一样。

2.如何判定尺寸大小：

在前几年，人们都在说摩尔定律的极限到了，芯片上面能够集成的晶体管的数量也到头了。但是就在这个关键的时候，荷兰的ASML研制出了EUV***，进一步的提高了晶体管研制精度。(EUV：Extreme Ultra-violet，极紫外光刻，常称作EUV光刻，它以波长为10-14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术。具体为采用波长为13.4nm 的紫外线。)

说到这里不得不提一下公式的东西，也就是瑞利判据。

“在成像光学系统中，分辨本领是衡量分开相邻两个物点的像的能力。由于衍射，系统所成的像不再是理想的几何点像，而是有一定大小的光斑（爱里斑），当两个物点过于靠近，其像斑重叠在一起，就可能分辨不出是两个物点的像，即光学系统中存在着一个分辨极限，这个分辨极限通常采用瑞利提出的判据：当一个爱里斑的中心与另一个爱里斑的第一级暗环重合时，刚好能分辨出是两个像。-百度百科”

简单来说就是能够分辨两个物点的尺寸正比于光的波长，所以想要分辨更小的尺寸就要更短的波长，也就是产生更短波长的光。所以***不停的提升，不断的折腾，基本上就是为了一件事情，想办法让波长更短。但是这就是非常困难的一点。

目前工业界成熟度最高的是使用波长在193nm的深紫外光（DUV），比如医学里面的近视矫正。但是这个波长在更精细的元器件制造中已经完全不够用了。直到人们利用DUV产生出了13.5nm的EUV。

EUV并不是直接产生出来的，而是利用DUV光的脉冲去击打液态金属锡激发出来的。但是要知道，需要将光通过照射掩膜并在硅晶圆上刻蚀出电路，那么就需要打出的光具有很高的能量。这种有DUV击打液态金属锡的方法经过一次消耗之后不足够产生足够的能量无法正常照射电路。怎么办？一枪不够，打两枪。第一枪把液态金属锡打平，第二枪激发出光，这样就能够保证激发出的光有足够的能量。

但是我们要知道，在打击过程中，液态金属锡是从空中掉落下来的，要控制好光在掉落过程中击打两次，同时要控制好之间的时间间距。这就需要击打的频率高达50000次/秒。我们通过下面的视频来看看这个击打的过程。

3.解决光的问题：

上面提到的是如何解决光源的问题，但是这仅仅是开始的第一步。有了光接下来就需要考虑如何把光传输到我们需要照射的掩膜上面了。说到这里就可能会有人说，光嘛，直接照射不就可以了吗？产生出来，在后面直接怼上一张掩膜就行了嘛，还有什么难的？

其实不然，要是这么简单那么系统就不会这么复杂和庞大了。在利用光源系统产生光的时候需要解决以下几个问题：

• 如何保证通过击打液态金属锡产生出来的光是纯净的13.5nm的光？
• 如何过滤掉我们不需要的光？
• 光在传输过程中出现位置偏差怎么办？

Source:lithography gets extreme

为了解决上面这些问题（可能还有其他问题），就需要设计适合的光路传输路径和反射镜面。使用反光镜构建光路是常用的方法，例如在潜水艇中的潜望镜。但是肉眼观察的光强度和EUV中的光强度是完全不同的等级。在EUV中用到的光反射镜每一次对光反射就会损失 30% 光的强度。这是因为EUV中的光“脆弱的不堪一击”， 连空气都可以吸收掉 ，到最后就只剩大约2%的光强了。强度不够怎么办？照两次显然是行不通的，那么只有加大输入功率。因此EUV是一个极度“吃电”的“怪物”。

同时将光路进行如此多的反射还有一个目的，就是为了在不同的传输位置设置采样点，对光的信息进行 抽样采集并进行分析 ，来查看光传输过程中有没有出现差错。我们知道累计误差是非常恐怖的，因此要在每一个环节都对光路进行检查即使调整，减小最后的误差。这里就要提到光学检测领域的爱马仕，汉民微测科技（Hermes Microvision）。ASML在2016年用31亿$的价格收购了这家公司，就是为了优化其设计和过程模型的方式，帮助光学和电子书系统更好的刻画上芯片的功能。

光路反射，必不可少的就是反射镜面。说到这里就不得不提这个由制造强国德国的蔡司公司制造的反光镜，这个反光镜是由特殊的材料制作的，它 只能发射13.5nm的光 。这个镜子精密到什么程度呢？如果把直径30cm的镜子放大到地球这么大，它的表面凸起仅仅有一根头发的厚度。这个镜子有40层组成，误差累积会严重影响最后的效果，因此可想而知每一层的精细程度。ASML的工程师说“ 这可能是地球上人造的最光滑的表面了 ”。说到这里让我想起了《三体》里面的水滴。

是不是感觉非常牛逼。感觉EUV就是在挑战整个人类的极限和文明高度。

4.这样就可以量产了吗？

答案当然不是。

• 错误检测系统 ：上面提到的在光路中进行多次采样检测的工作是为了避免光路出错。当然在整个系统中需要对每一个部件进行检错。注意，这可不是写代码的时候找Bug这么简单了，一个程序可能遗留了很多bug，但是并不影响程序整体的运行和使用，但是在EUV中，小到纳米级别的一个颗粒般的错误都可能导致最后芯片批量的报废，这个成本是无法估计的。因此在EUV中必须要存在多种不同的纠错系统，去反复检查系统中的bug。
• EDA软件是一个非常重要的东西，它直接和你的光掩膜上面刻画的电路相关。各个厂家会提供对应的PDK，供你按照一定的规则去设计自己的电路。例如Cadence，ADS等电路设计EDA软件。
• 双工件台系统 ：双工件系统是用来进行对准（Overlay）的操作的。对这个模块的要求高到什么程度呢？引用网上的一个说法：“ 相当于两架大飞机从起飞到降落，始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀，在另一架飞机的米粒上刻字，不能刻坏了 ”
• 系统集成 ：系统集成好不好做？传统的行业系统集成可能还好做。比如测试测量行业，用几台测试仪器就可以搭建起来一个完整的测试系统，这其中可能就只需要设计一些接口、通信总线、软件界面等。但是千万千万不要认为EUV的系统集成非常简单。上海电子装备董事长贺荣明说过，***内部的温度变化要控制在千分之五度，就需要用到合适的测温方法和精准的传感器；
• 关于厂房 ：EUV生产的厂房的光线是黄色的，因为黄光波长很长，光刻胶对短光敏感，所以用黄色的光对晶圆加工来说就相当于关灯；ASML在疫情期间加工进度并没有受到影响，为什么，因为大家都穿成这样：因为***的环境需要无尘的环境，ASML的环境需要超净间，比外部干净1w倍。每小时净化空气30万立方米；***对震动非常敏感，所以对厂房的地基要求非常高，某种程度上来说需要实现“悬浮“。还有其他balabalabala......

7nm的极紫外线***，分为13个系统，3万个分件，90%的关键设备来自外国，有德国的光学设备和超精密机械、美国的计量设备和光源设备。我们来看看ASML的几大供应商列表：

要把来自这么多不同地区和国家设备、技术融合在一起，集成为一台EUV，可想难度之大，成本之高，以至于一台EUV的价格可以高达数亿美元。ASML还有一个奇特的规定，只有投资了ASML才能获取优先供货权，三星、台积电、intel、海力士都是ASML的大股东，大部分的高端***被这些厂商“优先”采购。

文章最后，我们回到最开始提出的问题。举一国之力能否造出***，这里小编不能说这是不可能的事情，因为原来我们没有原子弹最后也有了（千万不要杠我说原子弹和EUV是两个不同的东西，小编不是智障。）但是可想而知，要消耗的人力、物力、时间成本是多少。ASML花费了30年的时间，砸了1000多亿人民币，集合了几十个国家的技术才研制了EUV出来。要举一国之力在短时间内研制出来，难度可想而知。