光刻机内部有没有芯片?那么是先有光刻机还是先有芯片?

光刻机技术是在不断发展进步的,最初的光刻机的元器件,都是用分离元器件组装的,就比如第一代电子计算机,全是用电子管和继电器组成的,机房有几间房子大,功能和效率只想当于今天的一个普通的计算器。

光刻机的技术理念,来源于190年前的油印技术,和后来制造电子电路板的制版技术原理,懂电子制作的都知道电路板的制作原理,常用的是通过三氯化铁来腐蚀电路板的,没有涂保护层的铜薄就会被腐蚀掉,没有被腐蚀掉的铜片,就是电路板元器件之间的连接线。

在第一代光刻机,由于受当吋技术和制造工艺的限制,生产出的芯片晶体管体积大5um,所以集成的晶体管数量少,这类是属于小规模集成电路,相应集成电路芯片的体积也就比较大。

随着光刻机的不断发展,芯片制造技术进入微电子吋代,芯片中的晶体管的体积越来越小,晶体管的密度越来越小,相应的晶体管的数量就越来越多,芯片体积和厚度,也就越来越小越来薄板,所以电子商品,特别是移动电子商品,也就越做越小了。




光刻机内部有芯片是不容置疑的

光刻机是极其先进的设备,它的的运行肯定程序控制的,那它得需要有一台计算机控制吧?有计算机的存在就必然存在芯片,对吧?


我认为先有芯片再有光刻机

芯片也叫做集成电路,它是由大规模的晶体管组成的,所以晶体管诞生在芯片之前。晶估管在1947年由美国贝尔实验室发明,第一个晶体管是基于锗的半导体。晶体管发明之前,当然已经有了电阻和电容了。

到了1957年的时候,有一位名字叫基尔比的美国工程师,他把晶体管、电阻和电容等集成在一块很小的平板上,然后用很细的线把它们焊接起来,这就是芯片(集成电路)的原型了。那时候当然是没有光刻机的咯,对吧?

在集成电路发明之前,收音机、计算机甚至卫星的控制系统都是用晶体管设计,体积非常庞大。后来人们就直接在硅片上刻晶体管来设计集成电路(芯片),最开始的时候,大概可以用手工或者机床来刻吧,然后估计发展到用了类似像晒菲林一样的方法,先通过有线路图案的菲林在硅片上印上一层用于保护的胶,然后再腐蚀出线路(有胶的地方受保护不被腐蚀)。后来集成的规模越来越大了,就出现蚀刻机和光刻机这些先进的设备了。

当然,芯片和光刻机是相互相成,相互一齐向前发展的,没有先进的光刻机做不出先进的芯片,没有先进的芯片也做不出性能优异的光刻机了。光刻机是体积很大,并不需要尺寸很小的芯片去控制。精度才是光刻机的主要性能,应该也不需要很强大的运算能力,所以对芯片的性能要求并不会太高了。

以上仅为本人个人观点,大家有不同看法也可以留言批评、指正!




先说结论,从实际结果看,先有芯片再有光刻机,光刻机是由计算机控制的,计算机内有芯片,要运行光刻机必须有芯片,所以芯片比光刻机先有。

什么是EUV光刻机



光刻系统使用紫外线在硅薄片上形成数十亿个微小结构。这些结构共同构成一个集成电路或芯片。芯片制造商可以在芯片上填充的结构越多,它的速度和功能就越强大。这就是为什么光刻机的系统专注于使此类结构越来越小的原因。

使用极紫外(EUV)光刻技术,可以通过利用比以前的光刻机(193纳米光)短得多的波长的光(13.5纳米光)来做到这一点。这种最先进的EUV光刻系统使运行他的客户能够创建更小、更快、更强大的芯片。

EUV光刻机历史


1990年代: EUV研究项目在几个重要的地方开始,例如日本,美国和荷兰。当蔡司证明它可以制造专门的EUV光学器件时,这项研究获得了关注。在行业会议上,“软X射线光刻”(后称EUV)被评为未来的制造技术。
2001年: ASML为其适度的EUV计划分配了人员和资源。目的是建立一个可行的原型系统。
2006年:我们交付了第一个Alpha演示工具,这是最早的EUV原型。这两个系统安装在比利时imec和美国SUNY研究所。
2007年:在Veldhoven开始分阶段建设10,000平方米的洁净室空间。这是第一个专门用于EUV光刻的洁净室。
2010年:我们向亚洲一家芯片制造商的研究机构交付了第一台NXE:3100,这是第一台EUV研发系统。
2012年:为加快下一代光刻技术的发展,主要客户英特尔,台积电和三星参加了我们的客户共同投资计划。所有人都同意在五年内为下一代光刻技术的研发做出贡献,并获得该公司的股权。
2013年:我们交付了第一台NXE:3300B,供客户用于工艺开发。那年下半年,我们完成了对总部位于圣地亚哥的光源制造商Cymer的收购,以进一步加速EUV的开发。

光刻机如何运行



光刻系统本质上是投影系统。光线通过将要打印的图案的蓝图投射(称为“遮罩”)。光学器件将图案聚焦到硅晶片上,该硅晶片先前已涂有光敏化学品。当未曝光的部分被蚀刻掉时,图案被露出。

EUV灯的棘手之处在于它被所有东西吸收,甚至被空气吸收。这就是EUV系统具有大的高真空腔室的原因,在该腔室中,光可以传播得足够远,从而降落在晶片上。光线由德国合作伙伴卡尔·蔡司(Carl Zeiss)制造的一系列超反射镜引导。

但众所周知,EUV灯也很难产生。EUV系统使用高能激光,该激光向熔化的锡的微小液滴发射并将其转变成等离子体,从而发射EUV光,然后将其聚焦成束。

为什么需要光刻机



193纳米的光刻技术比许多人想像的要快得多,但这付出了一定的代价:该行业不得不深入研究才能继续缩小芯片功能。

可以这样想:如果您要用越来越小的笔迹用记号笔写您的名字,您想在某个时候切换到另一种笔,对吧?借助EUV光刻技术,目前也为行业提供了更好的选择。

芯片制造商将能够继续制造更小,更快,功能更强大的芯片,同时控制成本。




说先有芯片后有光刻机的回答,完完全全错了,不符合历史事实。

光刻机其实在晶体管分立件时代就有了。时间是1960年,硅谷的仙童半导体公司刚成立不久,生产的晶体管产品不够可靠,即使只用铅笔轻轻一敲,也会出现故障。公司的员工金.赫尔尼(也是公司创始人之一)被安排解决这一问题。

金.赫尔尼发明的“平面处理工艺”成为现代芯片产业的标准流程。


赫尔尼受照相平板印刷技术(Photolithography)启发,发明了晶体管制造的“平面处理工艺”。这一工艺成为芯片制造的标准流程,现有的工艺流程无论多复杂,都是在赫尔尼的发明基础上衍生拓展的。

“平面处理工艺”主要分为四大流程:

  1. 手工画出晶体管设计图,图有大有小,上面有很多晶体管,这一步演变为现在的芯片设计;
  2. 将设计图照相并缩小成一张细微的透光片,这个透光片发展为现在的掩膜;
  3. 用一束强光穿过透光片,将设计图上的图案投射到涂有化学感光材料的硅片上,这一流程就是光刻;
  4. 用酸性物质将硅片上未曝光区域蚀刻掉,然后掺入需要的杂质,即算完成整个流程。


可以看出,在第三步就用到了光刻机。不过,在最初由于晶体管分立件结构简单,对光刻机的分辨率和光源(最初是普通光,后来发展到波长更短的紫外线和激光)要求很低,光刻机基本是各半导体公司自己制作,摩尔定律的提出者,仙童半导体创始人之一、英特尔公司联合创始人戈登.摩尔就磨制过用于光刻机的镜头,可见当时设备的简陋。

需要明确一点的是,集成电路也就是芯片的发明在1958年,由德州仪器的杰克.基尔比和仙童半导体公司的罗伯特.诺伊斯共同发明(两人没有合作关系,是独立发明的,为争夺集成电路的发明权,还打过多年官司)。

杰克.基尔比(左)和罗伯特.诺伊斯(右)及两人的概念产品



但1958年只是两人申请专利的时间,当时基尔比做出了极其简陋的概念产品,诺伊斯的发明被现在的芯片产业采用,但当时还是草图,后来“平面处理工艺”被发明后,芯片才真正成为工业化产品,而不是实验室的概念产品。

因此,从时间线上看,芯片出现晚于光刻机。

目前最先进的光刻机——EUV光刻机


后来,随着芯片越来越复杂,对光刻机的精度要求越来越高,半导体公司很难自己制造,于是出现专业的光刻机生产商。光刻机市场经过四五十年的竞争洗牌,到现在玩家主要剩下荷兰ASML、日本尼康佳能,以及中国的上海微电子装备(集团)股份有限公司(SMEE)。




竟然有这么傻的问题。光刻机(芯片制造)里面有没有芯片?

机床(机械制造)里面有没有机械呢?锯子里面有没有木头呢?




光刻机内置大量芯片无需置疑,无论是ASML的EUV光刻机、还是我国自主生产的90nm、28nmDUV光刻机,仅靠软件集成技术无法在各子系统,如光源计量分析、透镜曝光参数补偿调整、零部件精密操控和化工材料精准分析等方面智能协同进行芯片生产。

所以,芯片是光刻机须臾不可缺的大脑和神经系统。

那么,光刻机作为生产芯片的关键设备,是先有光刻机还是先有芯片呢?

芯片是将大量具有单个运算能力的晶体管组合连接在同块硅片上、形成强大处理能力的微电子技术。芯片的应用、拉开了信息革命的帷幕,成为现代工业文明的基础。它的发明和应用早于光刻机的出现

光刻技术的原理、概念和雏形确是早于芯片出现。1822年,法国人Nicep hore niepce在各种光照实验后,用油纸覆盖在涂有植物油和沥青的玻璃片上、通过日照得到了想要的图形,形成了最早的光刻技术。但没有和芯片技术结合、不是完整意义上的的光刻机。

从发明芯片的起源看,有两位科学家。一位是美国德州仪器公司的仪器工程师杰克·基尔比,他于1958年9月12日集成第一款芯片,即把二十余个晶体管、电阻、电容器集成在一块微型平板上,纯手工焊接将极细的铝质导线连接构成微型的固体组合件,并命名为“集成电路”,并于1958年向美国专利局申报了发明专利。

可以说,没有基尔比的发明就没有现今的半导体产业、更不会有大家熟悉的数字生活,如今的PC、手机等等3C产品都源于基尔比的发明。

芯片发明还离不开另一位科学家,即美国物理学家、著名企业英特尔共同创始人罗伯特·诺伊斯。1958年仙童公司在基尔比数月后也发明了集成电路,共同开创了世界微电子的历史。

1959年1月,诺伊斯形成集成电路方案,7月便研发出二氧化硅的扩散技术和PN结隔离技术。用一氧化膜作为半导体绝缘层制作成铝条连线、使元件和导线连成一体,创造出半导体集成电路平面制作、器件连线结构工艺,为规模生产集成电路奠定了基础。

1966年,基尔比和诺伊斯同时被富兰克林学会授予巴兰丁奖章。基尔比被称为“集成电路的发明家”,诺伊斯被赞为“提出适合工业生产的集成电路理论”。

因此,从贝尔实验室1947年发明第一个点接触晶体管起,到1959年世界第一台晶体管计算机诞生,仙童公司研制成世界第一颗适用单结构硅晶片,提出光刻工艺並被用于各类半自动、自动,接触式、投影式光刻机,直到当今的EUV光刻机和DUV光刻机,时间上是早于光刻机出现的。




这种先有鸡还是先有蛋的问题,其实稍微有点可笑。

例如:要生产高精度的零部件需要高精度的机床,而高精度的机床需要使用高精度的零部件。这是一个相悖的需求,如果强行把这个问题代入到先有鸡还是先有蛋的循环里面,那就真的是无解了。

但是,我们要明白一件事,就是芯片是为了解决什么问题?

芯片的存在,其实就是解决高强度的运算问题,芯片的性能越好,单一时间内能够完成的运算次数就越多。但这并不意味着没有芯片,问题就无法解决了,无非就是投入的时间和人力的问题。

我国在研发第一颗原子弹的时候,别说计算机了,就连计算器都是极度匮乏的。而原子弹的研究涉及到了大量的公式演算,容不得一丝错漏。当时的科学家就靠着那么些毅力和一个算盘,不也做出了原子弹吗?

所以,科技的发展本来就是一个循序渐进的过程,我们首先发明了人能够使用的工具,通过这些工具加工制造出更高级的工具。光刻机也是一样的,没有了芯片,难道人就无法通过自己的手操控机器加工出芯片了?




近期光刻机与芯片再一次推向了舆论的浪潮之中,芯片对我们越来越重要了,大到火箭与飞机,小到家中的电冰箱与电饭煲,它们里面都有芯片。而这些芯片都是由光刻机进行生产的,所以光刻机对于我们来说还是非常重要的。



光刻机中肯定会有芯片

光刻机的运行肯定是受程序控制的,所以内部肯定有芯片。像光刻机这种比较先进的仪器,肯定不是单纯的机械结构,如果是单纯的机械结构很难实现纳米级别的的操作,所以只能是计算机进行控制的。


那么是先有光刻机还是先有芯片?

对于这个问题不由得让我想起了,“到底是先有鸡,还是先有蛋”这个问题了。我认为肯定是先有的芯片,然后再有的光刻机。因为光刻机中一定要有芯片,但是芯片不一定必须通过光刻机制造的。

举个很简单的例子,世界上第一台光刻机中的芯片或许不是通过光刻机制造的,因为那是整体的芯片水平还是比较落后,可以通过其他的途径经晶体管焊接在一起,这样就诞生了第一台光刻机。有了第一台光刻机以后,这台光刻机就可以为下一代的光刻机制造芯片了,按照这个道理顺推下去,第二台光刻机再给下一代光刻机生产芯片,这样就形成了循环。所以一定是先有的芯片,然后再有的光刻机。



这样也就可以证明光刻机与芯片的发展是相辅相成的,没有先进的芯片就无法做出先进的光刻机,没有先进的光刻机就无法做出先进的芯片,现在的光刻机使用的芯片很可能是上一代光刻机制造的。



总结

近几年芯片技术发展的非常的快,尤其是手机的处理器,今年即将发布的苹果A14处理器与华为麒麟1020处理器都是采用的5nm工艺制程,纳米制程工艺越先进,晶体管的体积就越小,芯片所能容纳的晶体管的数量也就越多,芯片的功耗就越低、性能就越好。当然芯片技术的发展,离不开光刻机的发展,没有先进的光刻机,我们也就无法生产出先进的芯片。




光刻机内部肯定是有芯片的,至于是先有光刻机还是先有芯片,个人认为是先有芯片。想要搞清楚这个问题,我觉得需要先搞清楚一个概念:什么是芯片?

芯片,又称集成电路,是在一块半导体晶圆上集成了很多晶体管,二极管以及其他无源器件的元件,在电子学中是一种把电路小型化的方式。

究竟光刻机和芯片两者之间有什么关系呢?

接下来我给大家说下光刻技术的发展史。

1947年,贝尔实验室发明第一只点接触晶体管。从此光刻技术开始了发展。

1958年,杰克·基尔比发明现代集成电路,也就是芯片。

1959年,世界上第一架晶体管计算机诞生,提出光刻工艺。

1960年代,仙童提出CMOS IC制造工艺,第一台IC计算机IBM360,并且建立了世界上第一台2英寸集成电路生产线,美国GCA公司开发出光学图形发生器和分布重复精缩机。

1970年代,GCA开发出第一台分布重复投影曝光机,集成电路图形线宽从1.5μm缩小到0.5μm节点。

1980年代,美国SVGL公司开发出第一代步进扫描投影曝光机,集成电路图形线宽从0.5μm缩小到0.35μm节点。

1990年代,ASML生产出FPA2500,193nm波长步进扫描曝光机。光学光刻分辨率到达70nm的“极限”。

2000年以来,NGL一直在研究极紫外线光刻技术,电子束光刻技术,X射线光刻技术,纳米压印技术等。

综上所述,其实我们能发现,芯片的生产是离不开光刻技术的,所以光刻技术是先于芯片很存在,但是光刻机是一个非常复杂的光学设备,需要经历光刻技术的长期发展才会产生,因此芯片是先于光刻机而存在的。


以上就是我个人对于此问题的一些想法,还请多多指教,喜欢的可以点赞关注,谢谢!




光刻机内部有芯片,但是芯片的制程不是最先进的制程,那么最初的芯片可能并非通过光刻技术实现的,可能是通过化学手段实现。利用落后制程实现光刻机的芯片之后,可以利用光刻机生产新制程的芯片,从而形成迭代。而且其实像光刻机这种设备对于芯片制程的依赖其实并不强烈,所以可能芯片制程落后几代也没有问题。

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页面更新:2024-03-09

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