真正的点石成金光的神奇运用

  上一文我们说起来海市蜃楼这一著名的光线魅力，大自然的神奇给予了我们奇幻的美景，结合前一阵我国华为公司收到了美国政府的全面制裁，先后有晶圆。芯片、光刻机等等好多关于半导体的词在新闻媒体中普遍报道，那么晶圆是什么？芯片又是什么？光刻机和它们又有啥关系呢？我们今天来简要的介绍下点石成金的秘密——光的神奇运用。

  说到芯片，喜欢看手机电脑类硬件新闻的人不会很陌生，我们日常用的手机电脑等等电子设备里面都有，比如手机来说：里面的CPU、使用了多少容量的存储设备、多应用处理下的内存等等。这些都是芯片在屏幕后默默的工作，那么它是拿什么做的呢？又是怎么做的呢？

  晶圆是指制作芯片所用的硅原材料，其形状为圆形，就称为晶圆。晶圆是生产芯片所用的主体，是最常用的半导体材料，按其直径分为3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格，近来发展出12英寸甚至研发更大规格（14英寸、15英寸、16英寸、20英寸以上等）。

  晶圆越大，同一圆片上可生产的芯片就越多，可减少相关成本；但对材料技术和生产技术的要求更高，例如均匀度等等的问题。一般认为晶圆的直径越大，代表着这座晶圆厂有更好的技术，在生产晶圆的过程中，良品率是很重要的条件。

  通俗来说，首先由含硅量较大的矿石（例如二氧化硅矿石）精炼，然后经过溶解、提纯、蒸馏一系列方法制作而成单晶硅棒，最后把单晶硅棒切成一片一片类似光盘的样子并抛光，就得到了单晶硅圆片，也就是我们所说的晶圆。

  1. 将二氧化硅矿石（石英砂）与焦炭混合后，经由电弧炉加热还原，即生成粗硅（纯度98%，冶金级）；

  2. 用盐酸氯化后，并经蒸馏制成了高纯度的多晶硅(表达出来就是99.999999999%，这个统称为半导体级纯度，为11个9），因为精密电子元件当中，硅晶圆必须有极高的纯度，不然会产生缺陷，造成良品率下降；

  3. 晶圆制造厂再以柴可拉斯基法将此多晶硅熔解，再于溶液内掺入一小粒的硅晶体的晶种，然后用设备将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗小晶粒在融态的硅原料中逐渐生成，此过程称为“长晶”。拉出的这根晶棒的直径，就是晶圆的直径；

  4. 硅(硅)晶棒再经过设备的切片、研磨、抛光后，即成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片，这就是“晶圆”；

  以上只是队晶圆加工作业的大致讲述，实际来说从事晶圆加工需要专业的设备、高标准的作业环境和精细的分工。

  英特尔（Intel）等公司则自行设计并制造自己的晶圆直至完成并行销其产品。三星电子等则兼有晶圆代工及自制业务。

  上海厂区：总部所在地，位于上海张江高科技园区，由两座工厂组成，一座是提供0.35微米~90纳米制程的200毫米晶圆厂，另一座是提供45/40纳米制程~28纳米制程的300毫米晶圆厂；

  北京厂区：位于北京经济技术开发区，由两座300毫米晶圆厂组成，提供130纳米~28纳米制程；

  天津厂区：位于天津西青经济开发区，是一座提供0.35微米~90纳米制程的200毫米晶圆厂；

  深圳厂区：位于深圳坪山区，目前有一座提供0.35微米~90纳米制程的200毫米晶圆厂，

  除了以上制造厂区以外，另外两座合资厂区负责制作晶圆生产使用的物料，一座是与日本凸版印刷（toppan）合资成立的，一座是与国家集成电路产业投资基金、长电科技以及高通多方合资成立的中芯长电半导体公司。

  芯片就是我们俗称的集成电路，在电子学中是一种把电路小型化的方式，并制造在半导体晶圆表面上。

  1. 晶圆经多次光掩膜（ 是从版图到晶圆制造中间的一个过程，又称光罩制造，这一部分是流程衔接的关键部分，是流程中造价最高的一部分）处理，其中的步骤包括感光剂涂布、曝光、显影、腐蚀、渗透、植入、刻蚀甚至蒸煮等等；

  2. 将其光掩膜上的电路复制到层层晶圆上，制成具有多层线. 再交由后段的测试、切割、封装厂，以制成实体的芯片成品；

  芯片种类非常之多，在这里我们不做进一步讨论，一般来说，大晶圆(12吋)多是用来制作内存等技术层次较低的芯片，而小晶圆(6吋)则多用来制作模拟芯片等技术层次较高的芯片，8吋的话则都有。

  在2005年，一个制造厂建设费用要超过10亿美元，因为大部分操作是自动化的。芯片生产行业大佬在整个世界拥有制造厂。目前英特尔是世界最大的生产商，其他顶级生产商包括台积电（台湾）、三星（韩国）、德州仪器（美国）、超微半导体（美国）、联电（台湾）、东芝（日本）、NEC电子（日本）、意法半导体（欧洲）、英飞凌（欧洲）、瑞萨（日本）、索尼（日本），以及恩智浦半导体 （欧洲）在欧洲和亚洲都有自己的设备。

  光刻机伴随着荷兰阿斯麦（ASML）公司一同报道在各大新闻上，也说明了阿斯麦公司在光刻机领域上无可替代的份量，阿斯麦公司的光刻机在世界同种类型的产品中有90%的市场占有率，在10纳米节点以下的市场占有率则是100%，也就是独享10纳米这一块市场蛋糕，技术超群的阿斯麦公司在这个10纳米市场也没有一点一个企业提起反垄断诉讼。

  公司推出的TWINSCAN系列是当前世界上精度最高，生产效率最高，应用最为广泛的高端光刻机型。当前全球绝大多数半导体制造商，都采购TWINSCAN机型，例如英特尔、三星、海力士、台积电、联华电子、格罗方德等等。

  当前已经商用的最先进机型是Twinscan XT 1950i，每小时单位产出为260片12英寸芯片，属于浸润式光刻机，用来生产关键尺度低于38纳米的集成电路。

  除了当前致力于开发的TWINSCAN平台外，阿斯麦公司还在积极与IBM等公司合作，开发下一代光刻技术，比如EUV（极紫外线曝光），用于关键尺度在22纳米甚至更低的集成电路制造。当前阿斯麦公司已经向客户递交若干台EUV机型，用于研发和实验。

  2012年7月10日英特尔（Intel）斥资41亿美元收购阿斯麦公司的15%股权，另出资10亿美元，支持阿斯麦公司加快开发成本高昂的芯片制造平台。其中先以21亿美元，收购阿斯麦公司10%股权，待股东批准后，再以10亿美元收购5%股权，投注金额将以发展450mm机台以及EUV研发制造10nm技术为两大主轴。

  2012年8月5日台积电宣布加入阿斯麦公司所提出的“客户联合投资项目”，根据协议，台积电将投资ASML达8.38亿欧元，获取阿斯麦公司约5%股权，未来5年并将投入2.76亿欧元，支持阿斯麦公司的研发项目。

  2012年8月27日三星宣布斥资5.03亿欧元入股阿斯麦公司3%股权，并额外注资2.75亿欧元合作研发新技术。

  2012年10月17日阿斯麦公司与Cymer (CYMI)宣布签订合并协议，阿斯麦公司将以19.5亿欧元收购Cymer所有在外流通股票，收购Cymer目的是加速开发Extreme Ultraviolet半导体蚀微影技术，两家公司董事会一致通过这件交易。

  2016年6月16日阿斯麦公司宣布斥资约27.5亿欧元收购台湾汉民微测科技股份有限公司（汉微科）全部流通在外股份，将以其在台湾100%持股子公司艾普思隆进行股份转换，此作业在2016年第四季完成。

  2016年11月4日阿斯麦公司以10亿欧元现金收购德国蔡司公司子公司蔡司半导体(24.9%股份。

  光线神奇的运用让低价值的硅矿石变成了高价值的科技芯片，期间包含了复杂的工艺、高标准的环境、尖端的科学研究以及强大的资金支持等等，无论是马上就要来临的5G还是后续的6G和7G，无论是人工智能的普及还是无人驾驶的运用，不能离开芯片产业的主导，芯片工艺的代代更新永远都是科技主流，不断的引领人类社会持续健康发展。