华为Mate60 Pro搭载的麒麟9000S处理器将公众视线聚焦到了国产芯片制造之上。
跑分软件读取的数据、第三方拆解报告等诸多线索交叉显示，麒麟9000S是一颗7nm工艺芯片，它的产地清楚的标注这中国大陆，然而专用于生产7nm芯片的EUV早就于2019年对中国出口管制，中国的芯片代工企业只能获取到193nm光源的DUV光刻机，且这个出口管制的口子仍在不断收紧。日前，荷兰光刻机制造商ASML确认，到2024年将无法向中国客户交付DUV光刻机。
问题来了，这颗7nm芯片是如何生产出来的？
7nm工艺麒麟9000S的出现，大致有两种可能，一种是国产EUV光刻机实现突破，另一种是芯片制造商在DUV上，采用了特殊“魔法”，变相生产出了7nm工艺芯片。
从客观情况来看，后一种推测的可能性，要远远大于前一种，这一点在《中国芯片，只缺光刻机？》这篇文章中我也提到过，我们不单纯是缺光刻机，也包括它的配套，基础研究等突破，且即便EUV光刻机完成研发，到用于商用芯片的大规模量产，这个过程也不是一两年就能完成的事情。
所以本篇文章，我们将着重聚焦讲解用来生产28nm芯片DUV光刻机，为什么能够生产7nm芯片？以及顺便聊一聊为什么又说7nm，28nm这些工艺节点的命名是一个文字游戏。为了帮助大家理解，我们先从铺垫一下芯片制造相关的知识点，包括光刻原理、光刻流程。
01重识光刻
用193nm的DUV（深紫外）光刻机，覆盖的是28nm及以上工艺节点，用DUV制造7nm工艺的芯片，这听起来是不可能完成的任务，因为商用的DUV光刻机光源的最短波长为193nm，与7nm有28倍的差距，看似无法突破，但业界确实用DUV制造出了7nm芯片，这是怎么实现的呢？
光刻的基本原理，红色为光刻胶，黄色为金属层，灰色为晶圆（衬底），图3上方为掩膜版
首先简要介绍一下光刻机的原理和芯片生产的光刻流程。光刻的原理跟传统胶片电影放映有点相似，放映电影是把图案从电影胶片透射到银幕上，而光刻则是将图案从掩膜版透射到晶圆表面，从而在晶圆表面上加工出特定的图案和线条（如上图）。
具体来说，首先是制作光刻所需的掩膜版，这相当于胶片。这需要将芯片版图用金属铬刻蚀到一种特殊的玻璃上，做出掩膜版。然后用紫外光透过掩膜版照射到下方的晶圆上。
掩膜版上的图案（也就是镀铬的部分）遮挡了一部分光线，而没有被遮挡的图案可以将光线透过去，这样电路图案就转移到了晶圆表面。而晶圆表面预先涂覆了光刻胶，被照射到的光刻胶发生化学反应，被化学溶液腐蚀清洗掉，露出了下方的晶圆，能被后续的工序刻蚀掉，从而在晶圆上加工出对应的图案和线条。
这样就可以一层一层加工出晶体管、金属互连线等芯片结构。
为了加工更小尺寸的晶体管，需要缩短紫外光的波长，这样照射在光刻胶上加工出来的线条才会更精细。
早期的紫外光的波长为436nm的g线，能加工工艺尺寸500nm以上的晶体管。随着晶体管尺寸继续缩小，光刻机上的紫外光源的波长缩短到了405nm的g线和365nm的i线。当晶体管工艺尺寸缩小到了250nm以下，对应需要紫外光源的波长缩短到248nm和193nm，也就是深紫外光（DUV）的范围。
02“7nm”的文字游戏
其次要和大家强调一下，芯片制造商工艺节点的概念，也就是7nm、14nm、28nm等等，是晶圆制造厂为了标识芯片加工技术所起的一个名字或者规格。
20世纪90年代中后期，工艺节点是芯片厂能实现的晶体管栅极最小长度(线宽)，简称栅长。但是现在的7nm工艺节点不真正等于数学上的7nm，在7nm工艺芯片上的每个晶体管尺寸都远大于7nm，“7nm”只是一个“标签”。
7nm之所沦为一个标签，离不开20世纪90年代以来半导体制造商制定的命名规范。
按照摩尔定律和登纳德缩小规则，每过一代栅长就缩小为上一代的70%，如果上一代晶体管的栅长是1微米，那么下一代是0.7微米，这样每个晶体管的面积刚好减半，或者让元件数量翻倍。
到了2005年，半导体制造厂发现，栅长无法按照每代减小为70%的节奏继续缩短，因为栅长越短，漏电流就越大，芯片过热问题就越严重。可是业界已经习惯了每次升级就乘以0.7的做法，于是半导体制造商不管下一代的栅长是否能缩小为70%，就直接将上一代工艺节点乘以0.7作为新的工艺节点，所以我们有了32nm、22nm、14nm、10nm、7nm等工艺节点名称。
台积电的7纳米工艺：CPP=57nm，MMP=40nm
既然工艺节点无法真实地反映晶体管尺寸，那么业界用什么尺寸来表示晶体管大小呢？实际上，业界会用工艺栅间距（CPP）和金属间距（MMP）用两个尺寸来共同表示（如上图），它们相当于一个长方形的长和宽，二者的乘积决定了晶体管的面积。例如，台积电的7nm工艺栅间距（CPP）等于57nm，金属间距（MMP）是40nm。三星也差不多，这两个数据分别是54nm和36nm，都远远大于半导体制造厂所标称的7nm。
