CPU是人造物的巅峰,這樣說并不準确,應該說CPU是普通人能夠接觸到的人造物巅峰。因為不好與航空發動機、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。

小到可謂在頭發絲上建造萬丈高樓,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的晶片中的納米(nm)是指半導體栅極的長度。1納米相當于4倍原子大小,是一根頭發絲直徑的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)。
這就意味着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,同時要使半導體、銅導線及其他材料泾渭分明,就需要使用特殊的刻刀,用光來做刻刀。
光刻的原理其實特别簡單,就像我們在沙灘曬太陽,陽光能夠照射到的皮膚呈現一種狀态,而陽光不能照射到的皮膚呈現另一種狀态。
晶片想要做的越小,在機關面積内容納更多的半導體來實作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。
晶片的圖紙設計好後,會制作成一層層的光罩(晶片是由幾十層電路構成,一層一個光罩)。然後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,而被光照到的空餘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寫的位置),電路就會被刻在晶圓上了。
再通過離子注入把雜質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。将離子注入後的半導體放在一定溫度下進行加熱,恢複晶體的結構、消除缺陷,進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。
實體氣相沉積用于形成各種金屬層,連通不同的器件和電路,以便進行邏輯和模拟計算。
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。
已經制作好的晶圓在經過化學腐蝕、機械研磨相結合的方式對晶圓表面進行磨抛,實作表面平坦化。然後再進行切片、封裝、檢測就做成了一塊完整的晶片。
在整個晶片制造過程中難度并不在于“如何制備高純度矽?”、“如何畫晶片電路圖?”、“如何制作光刻膠?”、“繁瑣的工序”等,極限難度在于如何将電路刻畫到晶圓上,同時又保持半導體和電路的泾渭分明,并且在納米的尺度上保持多層光刻電路的對齊。
這就是為什麼AMSL的EUV坐在光刻機的巅峰,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公裡長軟管,絕大多數零件都是集全人類智慧大成的産物,如:美國的光栅、德國的鏡頭、瑞典的軸承、法國的閥件等。每台EUV造價達1億美元,重達180噸,每次運輸要動用40個貨櫃、20輛卡車,每次運輸需要3架次貨機才能運完,安裝調試也需要一年的時間。是以注定了ASML的EUV一年最高産量隻有30部。
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。好在我國早已布局晶片産業,雖然存在技術代差,但這種技術代差在不斷縮小,也并不是所有的晶片都需要做小,目前7nm、5nm晶片也僅僅用于手機。