06-07 22:00
在我的上一篇文章中，已經為大家定義了芯片的本質：
芯片很簡單，簡單到就是一個集成電路板。
芯片也很復雜，復雜之處在于如何能夠把70年前還像房子一樣大的電路板，縮小到指甲蓋大小。
試想一下，如果你要在一塊板子上，鋪設線路。首先就得把凹槽給刻出來。這樣才能保證鋪上去的線路不會七零八落。
如果你要做極其微小的刻痕，金屬器具肯定是不合適的。首先如此細的金屬，很難保證硬度。其次金屬的鑿刻用的是壓力，一定會造成形變。
那么，什么東西才能夠不施加壓力，又能夠隨心所欲變小，還能刻出凹槽呢？
人們找到了——“光”。
一、刻板
光刻的對象，還是硅。硅是地殼中儲量第二的非金屬元素，僅次于氧。硅也是半導體的原材料。而硅的單質晶體硅，化學性質非常穩定，五毒無害，從石英礦中開采。
可惜高純度的多晶硅，提純工藝非常復雜，我國基本要靠進口。
光刻的直接對象是光刻膠，先在光刻膠上刻上圖案，再將光刻膠貼在硅片上，最終腐蝕那些被刻出的暴露部位，形成“刻痕”。
二、刻刀
刻刀當然就是光了，光刻機用的是波長在13~2000納米的紫外光。波長越小，刻出來的成品越精密。
而浸潤式光刻技術，可以突破波長的限制，進一步刻出更加細致的紋路。浸潤式光刻技術也是讓ASML（荷蘭）這家光刻機制造廠在全球一家獨大的關鍵技術。
而光的發射部分即光源，暫且稱之為“燈頭”好了，是PDMS 材料涂覆在石英襯底上做成的。它的彈性較小，因此可以做到很高的分辨率而不因為壓力而讓圖像變形失真。
三、工作臺和作坊（國際領先的光刻公司）
光刻技術的工作臺就是光刻機了，其面目大概如下圖：
頂級的光刻機，一臺要上億美元。
全球最大的光刻機生產公司是阿斯麥ASML，總部不在美國而在荷蘭。市場占比高達80%。
而尼康和佳能就很弱很弱了，這兩家是大家無比熟悉的相機制造廠。尼康尚且占有光刻機市場的一席之地。而佳能從09年開始就已經不做高精度芯片的光刻機了，只做一些比較“大”的集成電路，如LCD面板（LCD就是液晶顯示器，LCD面板在業內被稱為“板卡”，有機會再給大家介紹板卡行業）佳能主要就是做板卡廠的光刻機供應商。更小的幾家在美國，如ABM、AppliedMaterials、Lam Research、及RudolphTechnologies等。
當然，芯片的上游技術不只是光刻機，還包括刻蝕機，離子注入機，但光刻是最關鍵技術，也是最高難度的技術。
看到這里，大家應該會好奇，光刻技術看來是掌握在荷蘭人的手中呀。可惜，ASML的三個大股東分別是因特爾15%（美國），臺積電5%（臺灣），三星3%（韓國），投資者才有用優先供貨權。同時美國的企業如Intel和德州儀器是ASML的最大客戶。而光刻機還需要上游供應的光源。早前，美國企業Cymer是光源的主要供應商（后來被ASML收購）。
同時由于美國、日本、英國、俄羅斯等國（中間也包括荷蘭）簽署的瓦森納協定，ASML出口的光刻機，只有低端產品能夠賣到中國，也在很大程度上限制了國內芯片技術的發展速度。這讓我想起《三體》里三體人限制地球人科技發展的“質子”
當然，中國人是世界上最聰明和努力的民族之一，所有的科技難題，都是有辦法解的。比如光刻機中的浸潤型光刻機就是越南籍的華裔科學家構思出來的。18年中國也有企業宣傳可以提純出99.999999999%的多晶硅了。但是，造成芯片難題的還有一個非常關鍵的因素，也是限制中國足球的關鍵因素，叫做產業結構是一時難以轉變的。靜待下期分解。
