七七笔趣阁

芯片制造：从沙子到“智慧大脑”的奇幻旅程（第2页）

电路图缩小后，还要转换成“光刻版图”。因为后续的“光刻”环节是分层进行的，就像盖房子要一层一层砌砖，芯片的电路也是分层叠加的，有晶体管层、导线层、绝缘层等，最多能有几十层。

光刻版图就是把每一层的电路图案单独画出来，标注好位置和尺寸，相当于给施工队的“分层施工图”。这些图案非常精密，哪怕偏差几纳米，整个芯片就报废了。所以设计完成后，还要经过反复的模拟测试，检查电路是否能正常工作，有没有短路、断路的问题，直到确认无误。

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4. 制作“光罩”：光刻用的“底片”

光刻版图设计好后，要把它制作成“光罩”。光罩是用石英玻璃做的，表面镀了一层金属铬，铬的作用就像相机底片上的“遮光层”。通过激光蚀刻，把光刻版图上的图案刻在铬层上，形成透光和不透光的区域。后续光刻时，光线透过光罩，就能把图案“印”在晶圆上。

光罩的精度要求极高，上面的图案误差不能超过1纳米，而且不能有任何灰尘或划痕，否则印在晶圆上的图案就会出问题。一块光罩的成本动辄几十万美元，而且每一层电路都需要一块对应的光罩，几十层电路就需要几十块光罩。

三、芯片制造的“核心魔法”：光刻与蚀刻，给硅片“刻花纹”

有了晶圆和光罩，就进入了芯片制造最关键的环节——把设计好的图案“刻”在晶圆上。这一步就像在指甲盖大小的地方，用纳米级的“刻刀”雕刻出上亿个精密的“小零件”和“电线”，核心技术是“光刻”和“蚀刻”。

1. 涂“光刻胶”：给晶圆铺一层“感光涂料”

首先要给晶圆表面涂一层“光刻胶”。光刻胶就像照相用的胶片，遇到特定波长的光会发生化学变化——有的光刻胶见光后会变硬（正性光刻胶），有的见光后会变软（负性光刻胶），现在芯片制造大多用正性光刻胶。

涂胶的时候，晶圆会放在高速旋转的托盘上，光刻胶从中心滴下，在离心力的作用下均匀地铺在晶圆表面，形成一层厚度只有几十纳米的薄膜。之后要把晶圆放进烘箱里“烤”一下，让光刻胶里的溶剂挥发掉，变得更牢固，就像给墙面刷完漆后要晾干一样。

2. 光刻：用“激光”把图案印在光刻胶上

接下来就是最核心的“光刻”步骤，用到的设备是“光刻机”——这玩意儿被称为“工业皇冠上的明珠”，一台最先进的EUV（极紫外）光刻机售价超过1亿美元，全球只有荷兰ASML公司能造。

光刻的过程有点像“投影”：光刻机把光罩上的图案，通过一系列高精度的透镜和反射镜，缩小后投射到晶圆表面的光刻胶上。不同制程的芯片用的光刻机不一样：28纳米以上的成熟制程用DUV（深紫外）光刻机，7纳米及以下的先进制程必须用EUV光刻机。

EUV光刻机用的是极紫外光，波长只有13.5纳米，比DUV光刻机的波长（193纳米）短得多，就像用更细的“画笔”画画，能画出更精密的图案。而且EUV光刻还需要“多重曝光”技术——比如7纳米的图案，一次曝光印不出来，就得用同一块光罩曝光多次，通过精确对齐，把图案一点点“拼”出来，精度要求达到纳米级，比把一根头发丝切成10万段还要精准。

3. 显影：把“印”好的图案“显出来”

光刻之后，要把晶圆放进“显影液”里浸泡。这时候，见光发生化学变化的光刻胶会被显影液溶解掉，没见光的光刻胶则保留下来，光罩上的图案就通过光刻胶“显”在了晶圆表面。就像照片在显影液里慢慢出现图像一样，晶圆上也出现了一层由光刻胶组成的“图案模板”。

显影后还要再“烤”一次晶圆，让剩下的光刻胶更牢固，为后续的蚀刻做准备。