以前的视频文章中我们介绍了芯片制造中的重要部分-光刻机，可以点击这里查看以前文章
这一期我们来聊聊另外一个重要的部分，它就是蚀刻机，也叫刻蚀机。
有同学会问了，蚀刻机是什么？
不急，我们来简单回顾下芯片制造流程。
一般来说芯片制造分为这几大模块，
主要是光刻，蚀刻，扩散，薄膜，量测。
光刻的作用是通过光照在材料表面以光刻胶留存的形式标记出设计版图的形态，为刻蚀做准备。
刻蚀的作用是将光刻标记出来应去除的区域通过物理或化学的方法去除，以完成功能外形的制造。
扩散一般是做离子掺杂，使材料的特定区域拥有半导体特性或其他需求的物理化学性质。
薄膜沉积工艺的主要作用是在现有材料的表面制作新的一层材料，用以后续加工，清除上一工艺遗留的杂质或缺陷。
量测的作用主要是晶圆制造过程中的质量把控。
集成电路就在这几个步骤的不断重复中成型，整个制造工艺环环相扣，任一步骤出现问题，都可能造成整个晶圆不可逆的损坏，因此每一项工艺的设备要求都很严格。
这里重点说说蚀刻流程。
蚀刻主要分前后段，前段一般是硅及硅的化合物的蚀刻，后段主要是金属和电介质的蚀刻。
刻蚀技术按工艺分类可分为湿法刻蚀与干法刻蚀，其中湿法刻蚀又包括化学刻蚀与电解刻蚀，湿法刻蚀一般只用于清洗，很少做图案。
干法刻蚀目前主流的刻蚀技术，它是以等离子体干法刻蚀为主导。光刻只在光刻胶上做好图案，但是在硅片上是没有图案的，需要用干法蚀刻的等离子体蚀刻硅片。
可以想像是垂直硅片下的一场大雨，没有光刻胶保护的硅片就会被轰击，相当于在硅片上挖出一个一个洞或者槽，做好之后光刻胶可以通过湿法蚀刻洗去，这样就得到有图案的硅片。
简单来说，所谓的蚀刻机，就是在芯片生产的过程中所必须使用的一种设备，这种设备的作用就好像是雕刻中的刻刀一样，用种种手段把一块完整的金属板中我们不需要的部分给去除掉，剩下的就是我们需要的电路了。
那什么是等离子蚀刻机？
蚀刻机的最终目的就是不断把金属板表面我们不需要的部分给挖掉。
为了达到上述目的，最开始是使用的化学物质来挖掉这些物质，毕竟化学物质可以跟金属板中的材料发生反应，十分快速方便，但是其中也产生了一个很大的问题：液体的腐蚀是向各个方向的，不好控制。
打个形象的比方，你用一块板子能够挡住洪水吗？答案是不能，因为水会绕过这块板子。而用化学物质腐蚀金属表面有很多的弊端。
化学液体绕过了覆盖晶圆表面的光刻胶，腐蚀了我们不想腐蚀的部分。如果我们要求电路非常细，那么这种多余的腐蚀肯定会影响电路的性能。
这就好比一根柱子，你在两边挖掉一点儿，如果这根柱子很粗，那么没什么太大的关系，如果这根柱子很细，那么估计就要倒掉了。这也是为什么化学物质蚀刻的方法不适用于更高制程的芯片。
所以我们需要一种不会拐弯的物质来腐蚀金属表面，这种东西是什么呢？答案是“光”。
光是不会拐弯的，所以可以笔直地腐蚀金属表面。当然了，这里的“光”不是真的光，而是一种等离子体，通过等离子体来对金属表面进行蚀刻。
为什么等离子可以腐蚀金属表面、怎么产生等离子的，这个不重要，我们只需要知道等离子蚀刻更好、可以用来制造更精密的芯片就行了。
目前大多数人认为光刻才是最重要的其实有所偏颇。
当然可以承认光刻可能是最难的，对于蚀刻的工艺也不要看轻了，这当中的精度要求也是非常高的。可以说光刻决定了水平的精度，蚀刻决定了垂直的精度，两个工艺都是在挑战制造的极限。
这里顺便说下芯片制造过程中的三大核心设备，分别是光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备。
如果把芯片比作一幅平面雕刻作品，那么光刻机是打草稿的画笔，刻蚀机是雕刻刀，沉积的薄膜则是构成作品的材料。
光刻的精度直接决定了元器件刻画的尺寸，刻蚀和薄膜沉积的精度则决定了光刻的尺寸能否实际加工，因此光刻、刻蚀和薄膜沉积设备是芯片加工过程中最重要的三类主设备。
在光刻机领域几乎垄断这个行业的霸主是一家荷兰的公司，叫阿斯麦
那么对于刻蚀机来说呢？
这里介绍下中国中微半导体5nm蚀刻机。
2004年当时已经60岁的尹志尧离开硅谷从事了二十多年的半导体行业，带队回国创业，创办了上海中微半导体设备公司。
在2017年，该公司就成功研制了5纳米等离子刻蚀机。这是第一台国产的生产半导体芯片的设备，同时也是世界上第一台5纳米蚀刻机。
这台刻蚀机经过台积电验证后性能优良，将用于5纳米制程生产线，当前已经供货给了台积电并且投入使用。
等离子刻蚀机的原理形象一点说，就像喷射抛光机，将喷射出的沙子去轰击器件表面，从而达到加工的目的。而要使得加工对象得到预定的图案，则喷射加工前必须先在工件上打好模子。就好比我们在墙上喷漆前，先用镂空纸贴上不要喷的区域的道理一样。
这个过程涉及物理和光学的共同作用，蚀刻机其实是对芯片进行更加精细微观雕刻，每个线条和深孔的精度都需要非常精细，精度要求非常严格。
总体来说，加工的精度实际上取决于前一步骤光刻的精度，确切的说蚀刻机必须在精度上与芯片精度一致。所以蚀刻机几乎与光刻机同等重要。
总结中微半导体的5nm蚀刻机可以说又是继华为5G之后完全自主研发的顶尖技术。如今经过三年的发展，中微公司制造5纳米蚀刻机的技术已经更加成熟。
很多人应该知道，作为芯片生产厂商的台积电目前正在尝试量产5nm芯片。5nm芯片的生产除了依赖荷兰阿斯麦的EUV光刻机外，还需要中国提供的5nm刻蚀机。
而且有消息称，除了5纳米的蚀刻机，当前中微公司还在向3纳米的蚀刻机制造技术领域积极探索，
尽管我国半导体设备产业和国际龙头仍有差距，但是可以看到国内半导体设备产业的研发实力有了质的飞跃。
相比光刻机领域，中国在半导体刻蚀设备领域的水平还是很不错的，至少在技术方面，已经接近甚至达到国际领先的水平。
相信未来在越来越多像尹志尧博士这样的顶尖科技人才的带领下，中国的科技实力将更加强大。
好啦，今天的内容就到这里，如果你喜欢我们“52赫兹实验室”。
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