華為Mate60 Pro搭載的麒麟9000S處理器將公眾視線聚焦到了國產晶片製造之上。
跑分軟件讀取的數據、第三方拆解報告等諸多線索交叉顯示，麒麟9000S是一顆7nm工藝晶片，它的產地清楚的標註這中國大陸，然而專用於生產7nm晶片的EUV早就於2019年對中國出口管制，中國的晶片代工企業只能獲取到193nm光源的DUV光刻機，且這個出口管制的口子仍在不斷收緊。日前，荷蘭光刻機製造商ASML確認，到2024年將無法向中國客戶交付DUV光刻機。
問題來了，這顆7nm晶片是如何生產出來的？
7nm工藝麒麟9000S的出現，大致有兩種可能，一種是國產EUV光刻機實現突破，另一種是晶片製造商在DUV上，採用了特殊「魔法」，變相生產出了7nm工藝晶片。
從客觀情況來看，後一種推測的可能性，要遠遠大於前一種，這一點在《中國晶片，只缺光刻機？》這篇文章中我也提到過，我們不單純是缺光刻機，也包括它的配套，基礎研究等突破，且即便EUV光刻機完成研發，到用於商用晶片的大規模量產，這個過程也不是一兩年就能完成的事情。
所以本篇文章，我們將着重聚焦講解用來生產28nm晶片DUV光刻機，為什麼能夠生產7nm晶片？以及順便聊一聊為什麼又說7nm，28nm這些工藝節點的命名是一個文字遊戲。為了幫助大家理解，我們先從鋪墊一下晶片製造相關的知識點，包括光刻原理、光刻流程。
01重識光刻
用193nm的DUV（深紫外）光刻機，覆蓋的是28nm及以上工藝節點，用DUV製造7nm工藝的晶片，這聽起來是不可能完成的任務，因為商用的DUV光刻機光源的最短波長為193nm，與7nm有28倍的差距，看似無法突破，但業界確實用DUV製造出了7nm晶片，這是怎麼實現的呢？
光刻的基本原理，紅色為光刻膠，黃色為金屬層，灰色為晶圓（襯底），圖3上方為掩膜版
首先簡要介紹一下光刻機的原理和晶片生產的光刻流程。光刻的原理跟傳統膠片電影放映有點相似，放映電影是把圖案從電影膠片透射到銀幕上，而光刻則是將圖案從掩膜版透射到晶圓表面，從而在晶圓表面上加工出特定的圖案和線條（如上圖）。
具體來說，首先是製作光刻所需的掩膜版，這相當於膠片。這需要將晶片版圖用金屬鉻刻蝕到一種特殊的玻璃上，做出掩膜版。然後用紫外光透過掩膜版照射到下方的晶圓上。
掩膜版上的圖案（也就是鍍鉻的部分）遮擋了一部分光線，而沒有被遮擋的圖案可以將光線透過去，這樣電路圖案就轉移到了晶圓表面。而晶圓表面預先塗覆了光刻膠，被照射到的光刻膠發生化學反應，被化學溶液腐蝕清洗掉，露出了下方的晶圓，能被後續的工序刻蝕掉，從而在晶圓上加工出對應的圖案和線條。
這樣就可以一層一層加工出電晶體、金屬互連線等晶片結構。
為了加工更小尺寸的電晶體，需要縮短紫外光的波長，這樣照射在光刻膠上加工出來的線條才會更精細。
早期的紫外光的波長為436nm的g線，能加工工藝尺寸500nm以上的電晶體。隨着電晶體尺寸繼續縮小，光刻機上的紫外光源的波長縮短到了405nm的g線和365nm的i線。當電晶體工藝尺寸縮小到了250nm以下，對應需要紫外光源的波長縮短到248nm和193nm，也就是深紫外光（DUV）的範圍。
02「7nm」的文字遊戲
其次要和大家強調一下，晶片製造商工藝節點的概念，也就是7nm、14nm、28nm等等，是晶圓製造廠為了標識晶片加工技術所起的一個名字或者規格。
20世紀90年代中後期，工藝節點是晶片廠能實現的電晶體柵極最小長度(線寬)，簡稱柵長。但是現在的7nm工藝節點不真正等於數學上的7nm，在7nm工藝晶片上的每個電晶體尺寸都遠大於7nm，「7nm」只是一個「標籤」。
7nm之所淪為一個標籤，離不開20世紀90年代以來半導體製造商制定的命名規範。
按照摩爾定律和登納德縮小規則，每過一代柵長就縮小為上一代的70%，如果上一代電晶體的柵長是1微米，那麼下一代是0.7微米，這樣每個電晶體的面積剛好減半，或者讓元件數量翻倍。
到了2005年，半導體製造廠發現，柵長無法按照每代減小為70%的節奏繼續縮短，因為柵長越短，漏電流就越大，晶片過熱問題就越嚴重。可是業界已經習慣了每次升級就乘以0.7的做法，於是半導體製造商不管下一代的柵長是否能縮小為70%，就直接將上一代工藝節點乘以0.7作為新的工藝節點，所以我們有了32nm、22nm、14nm、10nm、7nm等工藝節點名稱。
台積電的7納米工藝：CPP=57nm，MMP=40nm
既然工藝節點無法真實地反映電晶體尺寸，那麼業界用什麼尺寸來表示電晶體大小呢？實際上，業界會用工藝柵間距（CPP）和金屬間距（MMP）用兩個尺寸來共同表示（如上圖），它們相當於一個長方形的長和寬，二者的乘積決定了電晶體的面積。例如，台積電的7nm工藝柵間距（CPP）等於57nm，金屬間距（MMP）是40nm。三星也差不多，這兩個數據分別是54nm和36nm，都遠遠大於半導體製造廠所標稱的7nm。
