华为Mate 60 Pro搭载的麒麟9000S处理器，引起了公众对国产芯片制造水平的关注。这颗处理器采用了7nm工艺，而且是在中国大陆生产的。这是怎么做到的呢？
要制造7nm工艺的芯片，一般需要使用EUV（极紫外）光刻机，因为它的光源波长只有13.5nm，可以在晶圆上刻出更细微的图案。但是，EUV光刻机是由荷兰ASML公司垄断生产的，而且受到美国等国家的出口管制，中国无法获得。
目前，中国能够自主生产的光刻机只有DUV（深紫外）光刻机，它的光源波长为193nm，远大于7nm。按理说，DUV光刻机无法制造出7nm工艺的芯片，但是华为却做到了。
那么，华为是如何用DUV光刻机制造出7nm工艺芯片的呢？这里涉及到一些芯片制造的技术细节和窍门，我将从以下几个方面来介绍：
什么是光刻？
光刻是芯片制造过程中最重要也最复杂的一个步骤，它的作用是将电路图案转移到晶圆表面上。我们可以把它比作电影放映：电影胶片上有图像信息，通过投影仪将图像放大投射到银幕上；而光刻则是将掩膜版上有电路信息，通过光刻机将电路缩小投射到晶圆上。
光刻机是如何工作的？
- 准备掩膜版和晶圆。掩膜版相当于电影胶片，是用金属铬在特殊玻璃上刻出的模板。晶圆相当于银幕，是用硅或其他半导体材料制成的圆形薄片，表面涂有感光材料——光刻胶。
- 将掩膜版放在光刻机里，用紫外光照射掩膜版。掩膜版上有铬镀层的部分会遮挡紫外光，没有铬镀层的部分会透过紫外光。这样就形成了一个图案化的紫外光束，它会经过一系列的透镜和反射镜，最终缩小投射到晶圆上。
- 晶圆上的光刻胶会被紫外光照射后发生化学变化，变得易于溶解。用化学溶液将变化的光刻胶清洗掉后，就露出了晶圆表面。这样就在晶圆上形成了一个与掩膜版相同的电路图案。
- 用其他的工艺方法，在晶圆上刻蚀、沉积、扩散等，制造出晶体管、金属互连线等芯片结构。重复这样的过程，就可以一层一层地叠加出一个完整的芯片。
- 要制造出更小尺寸的晶体管，就需要缩短紫外光的波长，这样才能在晶圆上刻出更精细的电路图案。
工艺节点是什么意思？
芯片制造商通常用工艺节点来标识自己的芯片加工技术水平，比如7nm、14nm、28nm等等。这些数字原本是指晶体管的尺寸，比如7nm就是指晶体管的栅极长度为7nm。
但是随着技术的发展，这些数字已经失去了实际的物理意义，只是一种市场营销的手段。现在的7nm工艺芯片上的晶体管尺寸都远大于7nm，“7nm”只是一个“标签”，并不代表真正的物理尺寸。
DUV光刻机如何制造7nm工艺芯片？
我们知道，DUV光刻机的光源波长为193nm，远大于7nm。如果直接用DUV光刻机在晶圆上刻出7nm的图案，是不可能做到的。
华为是如何用DUV光刻机制造出7nm工艺芯片？
华为并没有直接用DUV光刻机在晶圆上刻出7nm的图案，而是用了一些“魔法”技术，在DUV光刻机上进行了多次复杂的操作，最终实现了类似于EUV光刻机的效果。 这些“魔法”技术包括：
- 多重曝光：即用多个掩膜版，在同一块晶圆上进行多次光刻操作，将不同的图案叠加在一起，形成更细微的图案。这相当于用多个胶片拼接出一个更精细的图像。
- 自对准双图案化（SADP）：即先用一个掩膜版，在晶圆上刻出一个较粗糙的图案，然后在图案上覆盖一层硬质材料（如氧化硅），再用另一个掩膜版，在硬质材料上刻出一个较细致的图案。最后去掉硬质材料和多余的部分，只留下最终想要的图案。这相当于用两个胶片分别放大和缩小一个图像，再将它们重合在一起。
- 自对准四图案化（SAQP）：即在SADP的基础上再进行一次类似的操作，从而将图案进一步细分。这相当于用四个胶片分别放大和缩小两个图像，再将它们重合在一起，形成一个更复杂的图像。这样就可以在DUV光刻机上实现类似于EUV光刻机的效果，制造出更小尺寸的电路图案。
为了让DUV能制造出7nm工艺芯片，业界已经竭尽全力，使用了多重曝光、自对准双图案化、自对准四图案化等“魔法”技术，但这也带来了巨大的复杂度和成本。如果继续采用DUV制造5nm工艺芯片，四重曝光也不够了，需要6-8重曝光，以及更多的掩膜版，更长的光刻时间，更高的物力成本，这已经超出了业界的承受范围。
所以5nm芯片出来时，刚好EUV光刻机也准备好了，才将业界从繁琐的多重曝光下解脱出来，而7nm工艺也成为目前业界使用DUV制造出来的最后一代工艺。
华为麒麟9000S就是在这样的背景下诞生的一颗奇迹之芯。它不仅是国产手机上首款7nm工艺芯片，而且是在中国大陆生产的。它展示了国产芯片制造水平的飞跃和自主创新能力的提升。它也为国产手机带来了更强大的性能和更低的功耗。它是国产手机突破7nm芯片制造难关的最佳证明，也是国产手机走向世界舞台的一张亮丽名片。 |
