既然光刻机都是荷兰生产的,为什么三星和台积电还要自己研发工艺,又会出现技术差别呢?

光刻机都是固定的,为什么还会有差别

这话问得就很外行,漏洞百出!

首先、最先进的光刻机ASML确实是荷兰的,但ASML背后的控股人是台积电、三星等半导体厂家,大家的就是鱼和水的关系

其次、三星和台积电自己的工艺并没有出现断代差距(基本都是同时进行7nm、5nm制程研发,时间差最多也就半年左右),之所以自己研发工艺还不是想在半导体行业有更高的话语权,总不能把希望都寄托在ASML和ARM这些厂家吧。

那回到问题核心,光刻机是固定的,为什么台积电和三星还是会有差别?

我们先做比喻,一对双胞胎,从基因(技术)、父母(光刻机)、时间线来看,基本上是相同的成品,但双胞胎的性格、优点基本不同,长大后各自的人生轨迹也完全不一样。

说得直白一点,光刻机只是芯片制造中最关键的一道工序,重要性就相当于汽车中的发动机,但同一型号的发动机,在什么汽车上搭载,跟不同的处理器结合,起到的作用也不一样。比如,大众旗下,很多发动机同时供给奥迪、大众、斯柯达多个车型,多个平台。但最终的成品性能上也会有差距。

芯片制造是一套流程,技术难得很大

一套芯片制造的流水线价格在几十亿到上百亿,工序大概是2000-5000道,历时半年到9个月左右,每一个环节对最终的芯片成品会有很大影响,光刻机只是精密仪器中最关键的一环,有了光刻机,并不等于芯片的效果都一样。

前些年苹果就把一芯片同时交给三星和台积电同时代工,但最终消费者的使用感受完全不一样,今年三星代工的高通骁龙888在散热上也不是很理想,这就是半导体经验积累和技术沉淀的差距。

我们往小了说,就是iPhone手机,大家都会挑选是河南郑州富士康产的还是深圳富士康产的,上海和硕产的大家更不受待见。手机组装这技术门槛跟芯片加工起来就小巫见大巫,但就样依然有差距,所以三星和台积电有差距也就很理所当然了。

雷军曾经说过,要把芯片卖到沙子价,这说明芯片的加工制造工序复杂,要求高,精度密。看看英特尔,这么多年了还在14纳米挤牙膏,说明台积电还是有点水平。如果说台积电是加工厂,那他也是含金量最高的加工厂,依然是独一档的存在。

既然光刻机都是荷兰生产的,为什么三星和台积电还要自己研发工艺,又会出现技术差别呢?

芯片制造是一个非常复杂的技术体系,其中用得着的设备众多并不是单单一个光刻机就可以。只是因为光刻是IC制造中的比重最大的核心关键环节,不仅耗时长而且占总成本比例高,所以才让人们误认为,芯片是只要拥有晶圆与光刻机就可以制造出来的错觉。

据悉,芯片在生产中需要进行20-30次的光刻,耗时占到IC生产环节的50%左右,同时其成本也占芯片生产总成本的1/3。正因如此,才会让许多不知明细的人误以为光刻机就是生产芯片的全部。

实际上除了光刻机以外,芯片还需要刻蚀机、离子注入机、晶圆划片机、晶圆减薄机、单晶炉、氧化炉、抛光机、双工件台、光掩膜基板等数十种设备之间严密的配合,经过成百(简易芯片如红绿灯芯片)上干(高级芯片如手机芯片)道工序,才可最终成品,只要其中一道工序出错,整个芯片就可能彻底废掉,其中的复杂程度绝对超出了普通人的想象。

据统计,一次芯片投片试产,从IC设计、架构设计、电路设计到加工生产,就需要经过2000—5000道工序,以及长达约9个月的时间。

另外,除了以上多种设备外,制造芯片还需要数种特殊的材料,如晶圆也就是硅片、激光光源、光刻胶、湿电子化学品、电子特种气体、靶材等,同样这些材料对于芯片制造也是缺一不可。前段时间,日本仅对韩国禁用了氟化氢,就对韩国芯片产业造地了地震般的影响,乃至整个韩国举国抗议让人感觉韩马上要对日宣战似的,要知道这里的氟化氢只是制造芯片所需的众多特殊材料中的电子特种气体中的一种而己!

综上所述,数十种精密设备、十数种特殊材料、上干道工序,他们之间如何配合,各工序要精确到多少程度,所需材料又要如何加入何时加人以及加入的量各自是多少等等,这些就如同秘方一样是台积电、三星的立家生财之本不宣之技,且各有各的道。

另外,越是高端的芯片越需要靠多重曝光技术才能实现,据资深专业技术人员介绍,仅14nm的芯片就需三四十的次的曝光工序,而7nm芯片的曝光工序更是达到100多项,其中的技术难度可想而知,三星目前仍未完全突破该种技术,据公开资料显示,三星7nm工艺在2020年才会正式量产。

最后,举个不恰当的例子来说明一下这个问题,为什么目前三星/台积电/因特尔等厂商用的是amsl生产一模一样的光刻机,而只有台积电能实际量产并大规模供应7nm芯片呢,只能说明台电运用原产机器的思路超群,就像我们考试一样,面对同样的试题,学霸可以用已知知识(如公式等)快速给出答案甚至有多种解法,而学渣呢,你就是告诉他用哪些公式他也一脸懵逼不可能得出正确答案,反之你就是告诉了他答案,而解题的步骤过程对他而言一样是天方夜谭。

既然光刻机都是荷兰生产的,为什么三星和台积电还要自己研发工艺,又会出现技术差别呢?

这是集综合技术为一体的制造技术。这不是有米有锅就能做饭。外行人老老实实呆着吧。日本造的轴承,我们拆不了,这就是技术。到现在还怪联想不搞芯片,是到现在也没明白芯片是怎么搞出来的。

既然光刻机都是荷兰生产的,为什么三星和台积电还要自己研发工艺,又会出现技术差别呢?

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你以为芯片制造只要有光刻机就可以了吗?台积电和三星将荷兰ASML的光刻机买回来,直接通过光刻机进行生产芯片吗?实际上,你我想的太单纯了。

比如,下图是芯片的制作过程:(图源来源于网络)

芯片从硅,到晶圆再到芯片。这个过程是怎么样的呢?

需要使用纯度比较高的二氧化硅➠经过筛选和熔炼,冶炼出高纯度的硅(Si),制作成硅锭➠切割机切割成晶圆(Wafer)➠ 晶圆在光刻阶段,通过紫外线照射,将设计好的电路图刻到光刻胶层➠经过蚀刻、离子注入、电镀、抛光、测试、切割、封装➠CPU芯片。

其实,芯片的制作方面经过了将近5000道工序,你可以想象虽然荷兰AMSL的光刻机非常重要。但是,你必须要知道这么多程序,需要各种工艺技术!所以,我们知道台积电,三星会不断提升工艺的原因!

在这里在和大家分析下,为什么光刻机不是唯一的技术呢?我们知道的是,台积电就通过7nm DUV的技术解决了7nm工艺问题,这里就说明了技术问题。

既然光刻机都是荷兰生产的,为什么三星和台积电还要自己研发工艺,又会出现技术差别呢?

对于光刻机都是荷兰生产的,为什么三星和台积电还要自己研发工艺,而且又出现技术偏差的问题,可能举个例子来解释更能够说明问题、更通俗易懂一些。

轰炸机、战斗机都是飞机制造厂生产的,那么部队还招兵、培养飞行员干什么,还进行战争演练干什么,还要地勤人员干什么?还要雷达厂制作干什么?还要火炮制造厂制造机载火炮、炮弹制造厂制造炮弹、导弹制造厂制造机载导弹、雷达厂制造机载雷达干什么?飞机制造厂的工人去开飞机不行么,还要后勤部门干什么?

而且,纵观历史、横观世界,使用同样武器的敌对双方为什么有的输了、有的赢了。你把三星和台积电分别摆放到这敌对双方的阵地位置(同行是冤家嘛,相互竞争),你的问题就不用别人替你回答了。

在集成电路的发展历程中,曾经经历过许许多多的难点,只不过当它们一个个被克服以后,大家不需要再去多花心思,也没人去关注它们了,也就是三军过后尽开颜了。现在眼下因为荷兰收购了生产ASML光刻机EUV光源的美国公司,收购了生产ASML光刻机反射镜的德国蔡司公司的部分股份,收购了美国生产ASML控制光刻过程的计算机软件公司,实现了在芯片制作过程中的这一个环节上的技术垄断,被人们看成了一把屠龙刀,所以企业利润很高。美国允许他卖给谁,他就卖给谁;美国让他卡住谁,他就卡住谁。

但是,美国用荷兰这项技术逼我们将自力更生的道路再次扩宽。一旦我们将其突破,虽然EUV光刻机不至于降到白菜价,他们就等着荷兰ASML公司品尝卡我们的后果吧。

既然光刻机都是荷兰生产的,为什么三星和台积电还要自己研发工艺,又会出现技术差别呢?

芯片进行光刻时要对焦,爆光强度和时间、温度、湿度都要控制,光核机房只能黄光灯,对于参数和过程控制生产就成了这厂爆光工艺标准。对于10纳米芯片就有2000道工序,就对应2000道工艺标准。

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