三十而砺 创新改变世界09 芯碁微装：不变形 更精准 让光刻机实现直写“打印”

不变形 更精准 让光刻机实现直写“打印”

您可能不了解芯片，但您一定听说过芯片。从汽车到空调，从各种小家电到遥控器甚至肥皂的生产，都已经离不开芯片。比如一辆汽车需要几百甚至上千个芯片，缺一个就会导致整车无法生产。2021年全球缺芯严重，汽车行业集体陷入停产潮。芯片为什么会“缺”？“缺芯”对我们的日常生活会产生什么影响？先让我们来了解一下芯片吧。

芯片是什么？简单说，就是有很多电子开关组成的微型电路，有多微观呢？大概一个指甲盖大小的面积上会有上百亿个晶体管开关。这样的电路靠人工是画不出来的，所以需要专业的工业芯片设计软件画出电路图，这相当于厨师先设计好了菜谱和烹饪方法。这样，芯片制造的第一阶段就完成了。

第二阶段是晶圆制造，这是一个“点石成金”的过程，从普普通通一把石英砂，到比黄金更金贵的硅片，然后再将设计好的电路图“复印”到晶圆片上，经历几十个制造工艺环节，等待着被分割成指甲盖大小的芯片。这相当于厨师已经在锅里做好了菜了。

这时候开始第三阶段封装测试，然后芯片被应用到家电、数码、汽车、通信、物联网等领域大显身手。到这一步，菜肴终于出锅、装盘，准备上桌了。

值得关注的是，目前国内还有一些关键技术被“卡脖子”。比如工业芯片设计软件目前还完全依靠进口；比如我们可以制造出12寸的硅棒，可还不能把它切成硅片；比如芯片制造的关键设备：光刻机的高端设备仍然有待突破。目前，国内一些较大的光刻机生产企业正在全力奔跑，从低到高循序渐进地突破国外的封锁线。在合肥高新区芯碁微电子装备股份有限公司，首席科学家陈东博士告诉我们，公司在这方面已经实现了部分技术突破：

“我们的产品就好比一台打印机，把电子工程师所设计的电路图打印在半导体晶圆片或电路基板上，核心技术是通过先进的光学设计和精密机械系统，用紫外光打印出非常细小的电路线路，其线宽达到几百纳米，约为一根头发丝的百分之一或更小。”

科普时间到：

光刻机作为封装环节最重要的设备，微电子行业的每个工序基本都要用到它，但在不同的环节，光刻的线路宽度不一样。所谓万事开头难，所有芯片的速度和功耗都取决于最前端的核心芯片，你可以认为这是个总开关。在这里，它的电路线宽度可能就是几纳米或者几十纳米，也就是一根头发的千分之一、万分之一，目前只能用进口的光刻机写入，这也是芯片生产过程中“卡脖子”的环节之一。

在核心芯片后面，需要延伸出很多不同层次的任务模块。比如一台手机的主板就像一张思维导图，核心芯片作为根，可以生发出很多层级的枝桠，每个枝桠负责执行不同的任务，而分发任务的司令部，就在核心芯片。到了“枝桠”阶段，芯片制造的每个环节还是少不了，不过这个阶段需要的技术和设备国内已经自主掌握了。

但即使到这里，芯片线路的宽度和连接点仍然是日常生活不能想象的精细，大概相当于一根头发的百分之一。要把这么细的线路画到芯片基板上，就得放大到人眼可以看清的程度，这时，传统方式是在电路基板上放一个掩模板，把掩膜板上的设计电路“复印”到基板上。但由于在不同的工艺过程中，基板上的电路会产生一定的形变。使得通过掩膜板“复印”到基板上的图形和基板上原来的图形不能精确的套合在一起。另外，掩膜板的制作成本非常高，在芯片研发阶段，需要不断测试、和修改设计，每次修改设计都要重新制作掩模板，这样给研发单位和企业带来了成本压力。

而现在，2015年入驻合肥高新区的芯碁微装已经研发出光刻的直写模式，也就是说，在电脑中设计好的线路图可以直接“打印”到基板上，而不需要掩膜板。这样的直写方式，可以利用电脑图形数值处理技术，根据基板上电路的变形情况对所需要“打印”的设计电路提前做相应的变换，这样就能保证所“打印”的设计电路和基板上原来的电路精确的套合在一起。因为这种方法不用掩模版，所以大大减少了研发成本，加快了研发进度，从而可以促进我国芯片产业快速发展，为早日突破“卡脖子”难关贡献速度。

芯碁微装是一家拥有数百位员工和数亿元营收的上市公司，来到合肥高新区的几年里企业得到了快速发展，不仅实现了350纳米光刻机的量产，而且公司研发的直写光刻技术在国内处于领先地位，成为国内多数企业替代进口的首选。

在此，芯碁微装副总经理、首席科学家陈东说：

“高新区建区三十年，引进和扶持了大批高科技企业，取得了令人瞩目的成就，为合肥这样一个被誉为“最牛风投城市”的发展做出了巨大贡献。祝高新区未来在招商引资发展高科技企业方面取得更大成绩。”

【制作团队】

统筹 | 吕律

采访 | 吕律 郑思齐

文字 | 主播：吕律

编辑 | 郑思齐