“CPU是人造物的巔峰”這樣說其實并不準確，應該說“CPU是普通人能夠接觸到的人造物巔峰”。因為不好與航空發(fā)動機、生物技術等比較那一個技術含量更高，畢竟是跨領域，難點各不相同。

芯片的本質(zhì)是將大規(guī)模的集成電路小型化

小到可謂在頭發(fā)絲上建造萬丈高樓，在方寸之間建造一座微縮的大型城市。

我們通常所說10nm、7nm、5nm的芯片中的納米（nm）是指晶體管柵極的長度。1納米相當于4倍原子大小，是一根頭發(fā)絲直徑的10萬分之一，比單個細菌（5微米）長度還要小得多。

能工巧匠通過手工操作的最小尺度大概是在1粒米上刻字。當然，超高精度的機床，加工精度能夠達到0.01-0.001微米（μm）。

這就意味著，通過雙手和普通的工具很難達到納米級的尺度。在納米級的尺度上建高樓大廈，同時要使晶體管、銅導線及其他材料涇渭分明，就需要使用特殊的刻刀，用光來做刻刀。

光刻的原理其實特別簡單，就像我們在沙灘曬太陽，陽光能夠照射到的皮膚呈現(xiàn)一種狀態(tài)，而陽光不能照射到的皮膚呈現(xiàn)另一種狀態(tài)。

芯片的制造原理

芯片想要做的越小，在單位面積內(nèi)容納更多的晶體管來實現(xiàn)更多的功能同時降低能耗，使用更短波長的光源是最直接的手段。

芯片的圖紙設計好后，會制作成一層層的光罩（芯片是由幾十層電路構成，一層一個光罩）。然后讓光透過光罩射到晶圓上，被光罩上的電路圖擋住找不到光的部分留下，而被光照到的空余部分的感光材料會被化學腐蝕反應分解出去（或用等離子體轟擊晶圓表面的方式去除沒有被光覆蓋的位置），電路就會被刻在晶圓上了。

再通過離子注入把雜質(zhì)離子轟進半導體晶格中，使晶格中的原子排列混亂或變成非晶區(qū)。將離子注入后的半導體放在一定溫度下進行加熱，恢復晶體的結構、消除缺陷，從而激活半導體材料的不同電學性能。

再通過氣相沉積、電鍍的方式形成金屬連線或絕緣層。

• 物理氣相沉積用于形成各種金屬層，連通不同的器件和電路，以便進行邏輯和模擬計算。

• 化學氣相沉積用于形成不同金屬層之間的絕緣層。

• 電鍍用于生長銅連線金屬層。

已經(jīng)制作好的晶圓在經(jīng)過化學腐蝕、機械研磨相結合的方式對晶圓表面進行磨拋，實現(xiàn)表面平坦化。然后再進行切片、封裝、檢測就做成了一塊完整的芯片。

在整個芯片制造過程中的極限難度

在整個芯片制造過程中難度并不在于“如何制備高純度硅？”、“如何畫芯片電路圖？”、“如何制作光刻膠？”、“繁瑣的工序”等，極限難度在于如何將電路刻畫到晶圓上，同時又保持晶體管和電路的涇渭分明，并且在納米的尺度上保持多層光刻電路的對齊。

這就是為什么AMSL的EUV坐在光刻機的巔峰，一枝獨秀形成高端光刻機市場的絕對壟斷地位。

為了控制光刻機精度的EUV光刻機系統(tǒng)采用極紫光作為光源，擁有10萬個零件、4萬個螺栓、3千條電線、2公里長軟管，絕大多數(shù)零件都是集全人類智慧大成的產(chǎn)物，如：美國的光柵、德國的鏡頭、瑞典的軸承、法國的閥件等。每臺EUV造價達1億美元，重達180噸，每次運輸要動用40個貨柜、20輛卡車，每次運輸需要3架次貨機才能運完，安裝調(diào)試也需要一年的時間。所以注定了ASML的EUV一年最高產(chǎn)量只有30部。

光刻機的原理雖然簡單，但要能制造出7nm、5nm芯片的光刻機難度可以想象，就算給你全部的零件和圖紙也很難調(diào)試到可用的精度。

這并不是一個普通人能夠仰望的高度，甚至是一個國家難以仰望的高度。好在我國早已布局芯片產(chǎn)業(yè)，雖然存在技術代差，但這種技術代差在不斷縮小，也并不是所有的芯片都需要做小，目前7nm、5nm芯片也僅僅用于手機。

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