序言
以前的視頻中我們介紹了晶片製造中的重要部分-光刻機，
可以點擊這裡查看以前文章
光刻機的製造為什麼這麼難？
這一期我們來聊聊另外一個重要的部分，它就是蝕刻機，也叫刻蝕機。
有同學會問了，蝕刻機是什麼？
不急，我們來簡單回顧下晶片製造流程
晶片流程
一般來說晶片製造分為這幾大模塊，
主要是光刻，蝕刻，擴散，薄膜，量測。
光刻的作用是通過光照在材料表面以光刻膠留存的形式標記出設計版圖的形態，為刻蝕做準備。
刻蝕的作用是將光刻標記出來應去除的區域通過物理或化學的方法去除，以完成功能外形的製造。
擴散一般是做離子摻雜，使材料的特定區域擁有半導體特性或其他需求的物理化學性質。
薄膜沉積工藝的主要作用是在現有材料的表面製作新的一層材料，用以後續加工，清除上一工藝遺留的雜質或缺陷。
量測的作用主要是晶圓製造過程中的質量把控。
集成電路就在這幾個步驟的不斷重複中成型，整個製造工藝環環相扣，任一步驟出現問題，都可能造成整個晶圓不可逆的損壞，因此每一項工藝的設備要求都很嚴格。
蝕刻流程
這裡重點說說蝕刻流程。
蝕刻主要分前後段，前段一般是矽及矽的化合物的蝕刻，後段主要是金屬和電介質的蝕刻。
刻蝕技術按工藝分類可分為溼法刻蝕與幹法刻蝕，其中溼法刻蝕又包括化學刻蝕與電解刻蝕，溼法刻蝕一般只用於清洗，很少做圖案。
幹法刻蝕目前主流的刻蝕技術，它是以等離子體幹法刻蝕為主導。光刻只在光刻膠上做好圖案，但是在矽片上是沒有圖案的，需要用幹法蝕刻的等離子體蝕刻矽片。
可以想像是垂直矽片下的一場大雨，沒有光刻膠保護的矽片就會被轟擊，相當於在矽片上挖出一個一個洞或者槽，做好之後光刻膠可以通過溼法蝕刻洗去，這樣就得到有圖案的矽片。
簡單來說，所謂的蝕刻機，就是在晶片生產的過程中所必須使用的一種設備，這種設備的作用就好像是雕刻中的刻刀一樣，用種種手段把一塊完整的金屬板中我們不需要的部分給去除掉，剩下的就是我們需要的電路了。
等離子蝕刻機
那什麼是等離子蝕刻機？
蝕刻機的最終目的就是不斷把金屬板表面我們不需要的部分給挖掉。
為了達到上述目的，最開始是使用的化學物質來挖掉這些物質，畢竟化學物質可以跟金屬板中的材料發生反應，十分快速方便，但是其中也產生了一個很大的問題：液體的腐蝕是向各個方向的，不好控制。
打個形象的比方，你用一塊板子能夠擋住洪水嗎？答案是不能，因為水會繞過這塊板子。
而用化學物質腐蝕金屬表面有很多的弊端。化學液體繞過了覆蓋晶圓表面的光刻膠，腐蝕了我們不想腐蝕的部分。如果我們要求電路非常細，那麼這種多餘的腐蝕肯定會影響電路的性能。
這就好比一根柱子，你在兩邊挖掉一點兒，如果這根柱子很粗，那麼沒什麼太大的關係，如果這根柱子很細，那麼估計就要倒掉了。這也是為什麼化學物質蝕刻的方法不適用於更高製程的晶片。
所以我們需要一種不會拐彎的物質來腐蝕金屬表面，這種東西是什麼呢？答案是「光」。
光是不會拐彎的，所以可以筆直地腐蝕金屬表面。當然了，這裡的「光」不是真的光，而是一種等離子體，通過等離子體來對金屬表面進行蝕刻。
為什麼等離子可以腐蝕金屬表面、怎麼產生等離子的，這個不重要，我們只需要知道等離子蝕刻更好、可以用來製造更精密的晶片就行了。
晶片製造三大核心設備
目前大多數人認為光刻才是最重要的其實有所偏頗。
當然可以承認光刻可能是最難的，對於蝕刻的工藝也不要看輕了，這當中的精度要求也是非常高的。可以說光刻決定了水平的精度，蝕刻決定了垂直的精度，兩個工藝都是在挑戰製造的極限。
這裡順便說下晶片製造過程中的三大核心設備，分別是光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備。
如果把晶片比作一幅平面雕刻作品，那麼光刻機是打草稿的畫筆，刻蝕機是雕刻刀，沉積的薄膜則是構成作品的材料。
光刻的精度直接決定了元器件刻畫的尺寸，刻蝕和薄膜沉積的精度則決定了光刻的尺寸能否實際加工，因此光刻、刻蝕和薄膜沉積設備是晶片加工過程中最重要的三類主設備。
中國刻蝕機歷程
在光刻機領域幾乎壟斷這個行業的霸主是一家荷蘭的公司，叫阿斯麥
那麼對於刻蝕機來說呢？
這裡介紹下中國中微半導體5nm蝕刻機。
2004年當時已經60歲的尹志堯離開矽谷從事了二十多年的半導體行業，帶隊回國創業，創辦了上海中微半導體設備公司。
在2017年，該公司就成功研製了5納米等離子刻蝕機。這是第一臺國產的生產半導體晶片的設備，同時也是世界上第一臺5納米蝕刻機。
這臺刻蝕機經過臺積電驗證後性能優良，將用於5納米製程生產線，當前已經供貨給了臺積電並且投入使用。
等離子刻蝕機的原理形象一點說，就像噴射拋光機，將噴射出的沙子去轟擊器件表面，從而達到加工的目的。而要使得加工對象得到預定的圖案，則噴射加工前必須先在工件上打好模子。就好比我們在牆上噴漆前，先用鏤空紙貼上不要噴的區域的道理一樣。
這個過程涉及物理和光學的共同作用，蝕刻機其實是對晶片進行更加精細微觀雕刻，每個線條和深孔的精度都需要非常精細，精度要求非常嚴格。
總體來說，加工的精度實際上取決於前一步驟光刻的精度，確切的說蝕刻機必須在精度上與晶片精度一致。所以蝕刻機幾乎與光刻機同等重要。
總結
中微半導體的5nm蝕刻機可以說又是繼華為5G之後完全自主研發的頂尖技術。如今經過三年的發展，中微公司製造5納米蝕刻機的技術已經更加成熟。
很多人應該知道，作為晶片生產廠商的臺積電目前正在嘗試量產5nm晶片。5nm晶片的生產除了依賴荷蘭阿斯麥的EUV光刻機外，還需要中國提供的5nm刻蝕機。
而且有消息稱，除了5納米的蝕刻機，當前中微公司還在向3納米的蝕刻機製造技術領域積極探索。
儘管我國半導體設備產業和國際龍頭仍有差距，但是可以看到國內半導體設備產業的研發實力有了質的飛躍。
相比光刻機領域，中國在半導體刻蝕設備領域的水平還是很不錯的，至少在技術方面，已經接近甚至達到國際領先的水平。
相信未來在越來越多像尹志堯博士這樣的頂尖科技人才的帶領下，中國的科技實力將更加強大。
好啦，今天的內容就到這裡，如果你喜歡我們「52赫茲實驗室」。
歡迎訂閱我們的頻道，點讚轉發或者在評論區和我交流。