芯片顯微鏡下“雕刻”， 研磨拋光制作精度達(dá)0.2微米

1月13日，接近一粒米大小的黑色芯片上接著幾根顏色不同的長(zhǎng)長(zhǎng)的“尾巴”，這就是驛路通科技股份有限公司研發(fā)的AWG-Mux和Demux，即芯片型無(wú)源平面光波導(dǎo)器件。

“簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)，就是芯片加上光纖?！?月11日，在位于東湖新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的驛路通總部，公司副總經(jīng)理余創(chuàng)向記者介紹道。身材如此小巧的芯片，卻承載著數(shù)據(jù)中心龐大的傳送量。

“可能光聽(tīng)數(shù)據(jù)中心會(huì)感覺(jué)離大家生活比較遠(yuǎn)，換句話說(shuō)，這兩款產(chǎn)品就是為‘5G’而生的。”他說(shuō)，AWG-Mux和Demux這兩款芯片產(chǎn)品就是用于數(shù)據(jù)的高速傳輸，人們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降脑贫艘菜闫渲幸环N?！凹僭O(shè)用戶想要把一份大文件傳送到云端儲(chǔ)存，這個(gè)傳輸過(guò)程一般由數(shù)據(jù)中心來(lái)完成。我們的產(chǎn)品所做的就是在這個(gè)過(guò)程中將數(shù)據(jù)由電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，給它們提速?！鞭D(zhuǎn)化為光信號(hào)的訊息傳輸效率與光速相同，達(dá)到每秒30萬(wàn)公里，從容量的角度來(lái)說(shuō)，光信號(hào)和光一樣不占據(jù)空間，也可以說(shuō)是無(wú)限容納。

記者在車間內(nèi)看到，整個(gè)產(chǎn)品僅僅有一個(gè)手指頭那么長(zhǎng)，前端的芯片更是只有一粒米的長(zhǎng)度。余創(chuàng)向記者展示，真正用到的芯片部分僅僅只有9毫米，其余的都是保護(hù)芯片的材料。體積小、質(zhì)量輕的特質(zhì)，使它可以帶來(lái)更低的功耗，對(duì)數(shù)據(jù)中心而言，每一分的功耗優(yōu)化，都可以帶來(lái)用電、運(yùn)維成本的大幅降低。

9毫米的芯片，制作起來(lái)需要更細(xì)致的工藝。而這種具備高技術(shù)門(mén)檻的工藝方法，是驛路通的“絕活”之一。相較于行業(yè)內(nèi)0.5微米精度的標(biāo)準(zhǔn)，他們實(shí)現(xiàn)了將毫米級(jí)芯片在顯微鏡下進(jìn)行研磨和拋光，加工精度可達(dá)0.2微米，并可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)單顆芯片端面微裂紋和角度檢測(cè)，能提高檢測(cè)效率。

如果我們將計(jì)算機(jī)中的CPU的頂部封裝小心去除，暴露在你面前的也許只是一小片看上去微微閃光的“小鏡片“，但是當(dāng)你將它置于一架能放大幾十倍的顯微鏡下在細(xì)細(xì)觀察時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)這“小鏡片”竟然布滿了密密麻麻的細(xì)線條。它們酷似迷宮也像繁華大都市的一幅航攝圖，這些小鏡片就是集成電路的芯片，通常它們是由單晶硅做成的，你可不要小看這個(gè)指甲蓋大小都不到的芯片，它上面可是布滿了線路，現(xiàn)在世界上芯片加工精度最高可以達(dá)到幾十納米，那么它是如何做出來(lái)的?答案就是靠光刻機(jī)。

光刻機(jī)也叫曝光機(jī)，電路圖案導(dǎo)入光刻機(jī)，微縮投影到硅片上，腐蝕掉一部分的保護(hù)膜，之后再對(duì)腐蝕的部位布線，制作一個(gè)芯片以上過(guò)程要重復(fù)幾十遍。一顆芯片的精度光刻機(jī)起著極其重要的作用。

中國(guó)光刻機(jī)做的最好的就是上海微電子裝備公司，他的加工精度可以達(dá)到90納米，但是和國(guó)外頂尖的公司相比，還是有不小的差距(ASML公司最高精度可以達(dá)到十幾納米)。光刻機(jī)由兩部分組成一個(gè)載底片一個(gè)載膠片兩者要同步工作，誤差不能超過(guò)2納米，專家說(shuō)這相當(dāng)于在飛機(jī)上安上一把刀，用這把刀在米上刻字，可想而知是多么的困難。

光刻機(jī)由兩萬(wàn)多個(gè)零部件組成，每一個(gè)部件都不能出一點(diǎn)的偏移，在工作時(shí)還要考慮溫度濕度各種外界環(huán)境，可以說(shuō)這是世界上最精細(xì)的制造工程。世界上生產(chǎn)光刻機(jī)最牛的公司是ASML，他們一年生產(chǎn)的光刻機(jī)300臺(tái)左右，但就可以達(dá)到將近20億歐元左右的收益。

從2018年中美貿(mào)易戰(zhàn)開(kāi)始，芯片制造問(wèn)題難以解決是美國(guó)卡住我們脖子重要原因，而中國(guó)要跨過(guò)的這個(gè)“大坎”就是加快國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的研發(fā)，但是短期內(nèi)難以成功研發(fā)出來(lái)，只能通過(guò)其他方式彎道超車。

光刻膠或許沒(méi)有光刻機(jī)那么形勢(shì)嚴(yán)峻，但是依舊是處于日、美、韓三國(guó)的重重包圍之下，全球是光刻膠市場(chǎng)份額基本被他們瓜分殆盡，并且憑借他們的市場(chǎng)壟斷地位賺取高價(jià)。目前我國(guó)的進(jìn)口光刻膠占據(jù)國(guó)內(nèi)87%的市場(chǎng)份額，自給率極低，時(shí)刻處在發(fā)達(dá)國(guó)家的管制對(duì)象。

“冰刻”技術(shù)的到來(lái)，為我們打破了這一困境，光刻膠不再依賴國(guó)外進(jìn)口，我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)自主能力又會(huì)大大提升。

最后在仇旻團(tuán)隊(duì)最新發(fā)表的論文結(jié)尾寫(xiě)到，這是光刻機(jī)技術(shù)上史無(wú)前例的突破，將開(kāi)辟出全新的科學(xué)研究方向。確實(shí)“冰刻”技術(shù)是一項(xiàng)令人激動(dòng)的新技術(shù)，對(duì)以微納級(jí)別加工為代表的超精密加工的探索和創(chuàng)新，正是指向中國(guó)制造的未來(lái)。

光刻機(jī)的精度對(duì)于未來(lái)中國(guó)芯片的發(fā)展起著決定性的作用，中國(guó)在光刻機(jī)制造之路上還有太長(zhǎng)的路需要走，努力吧!