光刻机制作芯片视频（光刻机刻芯片视频）
光刻机制作芯片视频（光刻机刻芯片视频）
光刻机是芯片制造的核心设备之一，按照用途可以分为好几种：有用于生产芯片的光刻机；有用于封装的光刻机；还有用于LED制造领域的投影光刻机。
用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口，本次厦门企业从荷兰进口的光刻机就是用于芯片生产的设备。
二、工作原理
在加工芯片的过程中，光刻机通过一系列的光能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩模，经物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，然后使用化学方法显影，得到刻在硅片上的电路图。
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片，线路图的层数越多，也需要更精密的曝光控制过程。
芯片是怎么制作出来的如下：
一、芯片设计。
芯片属于体积小，但高精密度极大的产品。想要制作芯片，设计是第一环节。设计需要借助EDA工具和一些IP核，最终制成加工所需要的芯片设计蓝图。
二、沙硅分离。
所有的半导体工艺都是从一粒沙子开始的。因为沙子中蕴含的硅是生产芯片“地基”硅晶圆所需要的原材料。所以我们第一步，就是要将沙子中的硅分离出来。
三、硅提纯。
在将硅分离出来后，其余的材料废弃不用。将硅经过多个步骤提纯，已达到符合半导体制造的质量，这就是所谓的电子级硅。
四、将硅铸锭。
提纯之后，要将硅铸成硅锭。一个被铸成锭后的电子级硅的单晶体，重量大约为1千克，硅的纯度达到了99.9999%。
五、晶圆加工。硅锭铸好后，要将整个硅锭切成一片一片的圆盘，也就是我们俗称的晶圆，它是非常薄的。随后，晶圆就要进行抛光，直至完美，表面如镜面一样光滑。硅晶圆的直径常见的有8英寸（2mm）和12英寸（3mm），直径越大，最终单个芯片成本越低，但加工难度越高。
六、光刻。首先在晶圆上敷涂上三层材料。第一层是氧化硅，第二层是氮化硅，最后一层是光刻胶。再将设计完成的包含数十亿个电路元件的芯片蓝图制作成掩膜，掩膜可以理解为一种特殊的投影底片，包含了芯片设计蓝图，下一步就是将蓝图转印到晶圆上。这一步对光刻机有着极高的要求。紫外线会透过掩膜照射到硅晶圆上的光刻胶上，光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩膜上的一致。用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分，剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后，清除全部光刻胶，露出一个个凹槽。
七、蚀刻与离子注入。首先要腐蚀掉暴露在光刻胶外的氧化硅和氮化硅，并沉淀一层二氧化硅，使晶体管之间绝缘，然后利用蚀刻技术使最底层的硅暴露出来。然后把硼或磷注入到硅结构中，接着填充铜，以便和其他晶体管互连，然后可以在上面再涂一层胶，再做一层结构。一般一个芯片包含几十层结构，就像密集交织的高速公路。
经过上述流程，我们就得到了布满芯片的硅晶圆。之后用精细的切割器将芯片从晶圆上切下来，焊接到基片上，装壳密封。之后经过最后的测试环节，一块块芯片就做好了。
外国一22岁小伙儿在车库做出了芯片，他是如何做到的？下面就我们来针对这个问题进行一番探讨，希望这些内容能够帮到有需要的朋友们。
这名22岁小伙有点儿牛，竟然在自己停车库造起了芯片，并且还使用了自做光刻机？那他哪来的各种各样新技术和原料呢？不得不承认，这真是是个奇才。
从碎石子到硅晶圆，再到纯化、光刻制作这些流程，每一步全是极为高精密的活，不允许错误，一步错后边就都失败了。
来说也简易，他在亚马逊网站上买了一个会议厅投影机，改造后安装在光学显微镜上，一台光刻机就创立了。再用自做光刻机将光线投影到设计方案好的原理图上就OK了，有趣的是他的原理图，这是一个由12个电源电路构成的栅格数据，每一个电源电路有100个晶体管，总共1200个。
自然，这一步非常繁杂，尤其是这种晶体管十分小，务必应用透射电镜才行，对于价钱嘛很贵，上百万一台。可是他只花了1000美金，从网上订购了一台90时代市场价达到25万美金的透射电镜，并完成了修补，与此同时又买回去一台子上新世纪80时代生产制造的老货hp惠普4145A高精密半导体材料主要参数分析仪器，来对晶体管开展电流量、工作电压检测。
便是在那样成本费非常低的试验自然环境与硬件软件解决下，最后在分析仪器闪光的翠绿色显示屏上出现了一系列光滑升高的电流量-工作电压曲线图，这表明了他的芯片成功了。尽管他生产制造的芯片仅有1200个晶体管，可是早已逼近20世纪70时代，英特尔第一代芯片4004的2200个晶体管总数。
值得一提的是，这不是小伙第一次生产制造芯片，在2018年他就逐渐生产制造芯片了，当初完成了6个晶体管的芯片，可以用以制造与机器设备检测。再加上此次现已是第二块芯片，将来他还需要再次开发设计第三块，将进一步探寻生产制造详细的微控制器。
当然，他芯片制造所属的停车库，里边有多种多样的仪器设备，价钱都不划算。并且他的家庭条件也非常好，爸爸是一名运营跑车零部件生产车间的工业设计师，他的亲哥哥则是一名智能机器人技术工程师，说成富二代还可以。
除此之外大家也不可忽略，为停车库试验室做安全大检查的这位工作年限超出40年的半导体材料杰出技术工程师，也是他爸爸找来的。
第一步：制作光刻掩膜版（Mask Reticle）
芯片设计师将CPU的功能、结构设计图绘制完毕之后，就可将这张包含了CPU功能模块、电路系统等物理结构的“地图”绘制在“印刷母板”上，供批量生产了。这一步骤就是制作光刻掩膜版。
光刻掩膜版：（又称光罩，简称掩膜版），是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构，再通过曝光过程将图形信息转移到产品基片上。（*百度百科）
将设计好的半导体电路”地图“绘制在由玻璃、石英基片、铬层和光刻胶等构成的掩膜版上
光刻掩膜版的立体切片示意图
第二步：晶圆覆膜准备
从砂子到硅碇再到晶圆的制作过程点此查阅，这里不再赘述。将准备好的晶圆（Wafer）扔进光刻机之前，一般通过高温加热方式使其表面产生氧化膜，如使用二氧化硅（覆化）作为光导纤维，便于后续的光刻流程：
第三步：在晶圆上“光刻”电路流程
使用阿斯麦的“大杀器”，将紫外（或极紫外）光通过蔡司的镜片，照在前面准备好的集成电路掩膜版上，将设计师绘制好的“电路图”曝光（光刻）在晶圆上。（见动图）：
上述动图的工作切片层级关系如下：
光刻机照射到部分的光阻会发生相应变化，一般使用显影液将曝光部分祛除
而被光阻覆盖部分以外的氧化膜，则需要通过与气体反应祛除
通过上述显影液、特殊气体祛除无用光阻之后，通过在晶圆表面注入离子激活晶体管使之工作，进而完成半导体元件的全部建设。
做到这里可不算大功告成，这仅仅是错综复杂的集成电路大厦中，普通的一层“楼”而已。完整的集成电路系统中包含多层结构，晶体管、绝缘层、布线层等等：
搭建迷宫大厦一般的复杂集成电路，需要多层结构
因此，在完成一层光刻流程之后，需要把这一阶段制作好的晶圆用绝缘膜覆盖，然后重新涂上光阻，烧制下一层电路结构：
多次重复上述操作之后，芯片的多层结构搭建完毕（下图）：
如果上图看的不太明白，可以看看Intel的CPU芯片结构堆栈图：
当然，我们可以通过高倍显微镜来观察光刻机“烧制”多层晶圆的堆叠情况：
第四步：切蛋糕（晶圆切割）
使用光刻机烧制完毕的晶圆，包含多个芯片（Die），通过一系列检测之后，将健康的个体们切割出来：
从晶圆上将一个个“小方块”（芯片）切割出来
第五步：芯片封装
将切割后的芯片焊
1、晶片材料
硅片的成分是硅，硅由石英砂精制而成。硅片经硅元素（99．999％）提纯后制成硅棒，成为制造集成电路的石英半导体材料。芯片是芯片制造所需的特定晶片。晶圆越薄，生产成本就越低，但对工艺的要求就越高。
2、晶圆涂层
晶圆涂层可以抵抗氧化和温度，其材料是一种光致抗蚀剂。
3、晶圆光刻显影、蚀刻
首先，在晶圆（或基板）表面涂覆一层光刻胶并干燥。干燥的晶片被转移到光刻机上。通过掩模，光将掩模上的图案投射到晶圆表面的光刻胶上，实现曝光和化学发光反应。曝光后的晶圆进行二次烘烤，即所谓曝光后烘烤，烘烤后的光化学反应更为充分。
最后，显影剂被喷在晶圆表面的光刻胶上以形成曝光图案。显影后，掩模上的图案保留在光刻胶上。糊化、烘烤和显影都是在均质显影剂中完成的，曝光是在平版印刷机中完成的。均化显影机和光刻机一般都是在线操作，晶片通过机械手在各单元和机器之间传送。
整个曝光显影系统是封闭的，晶片不直接暴露在周围环境中，以减少环境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响。
4、添加杂质
相应的p和n半导体是通过向晶圆中注入离子而形成的。
具体工艺是从硅片上的裸露区域开始，将其放入化学离子混合物中。这个过程将改变掺杂区的传导模式，使每个晶体管都能打开、关闭或携带数据。一个简单的芯片只能使用一层，但一个复杂的芯片通常有许多层。
此时，该过程连续重复，通过打开窗口可以连接不同的层。这与多层pcb的制造原理类似。更复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层。此时，它是通过重复光刻和上述工艺来实现的，形成一个三维结构。
5、晶圆
经过上述处理后，晶圆上形成点阵状晶粒。用针法测试了各晶粒的电学性能。一般来说，每个芯片都有大量的晶粒，组织一次pin测试模式是一个非常复杂的过程，这就要求尽可能批量生产相同规格型号的芯片。数量越大，相对成本就越低，这也是主流芯片设备成本低的一个因素。
6、封装
同一片芯片芯可以有不同的封装形式，其原因是晶片固定，引脚捆绑，根据需要制作不同的封装形式。例如：DIP、QFP、PLCC、QFN等，这主要取决于用户的应用习惯、应用环境、市场形态等外围因素。
7、测试和包装
经过上述过程，芯片生产已经完成。这一步是测试芯片，去除有缺陷的产品，并包装。
最近在网络上一个自制光刻机的视频火了，视频中的学生目前还是大连理工大学本科在读，却凭借着一张图纸在家里制作出了一台光刻机，并且使用自己制造的光刻机成功刻了孔径。在视频里我们可以看到这位学生制作光刻机的全程都是在一个书桌上进行的，数学演算也只有一块白板，各种材料基本都在地上堆着。看了这位学生自制光刻机的视频后有人觉得光刻机的制造难度仿佛也不难，实际上并非如此。
今年可以说是国产芯片制造业的生死时刻了，受贸易战影响，美国继续打压华为，根据美国相关法令要求，所有美国的技术和其他设备只要提供给华为使用就必须经过美国政府的同意，显然美国政府是不可能同意的。除了不允许本国的企业给华为提供技术之外，美国还试图设法阻止其他国家的企业给华为提供服务。
不了解科技圈的朋友可能不知道光刻机的重要性，在芯片的制造过程中，要经过湿洗、光刻和电镀处理等十余道程序，整个过程中需要进行数十次光刻，占整个生产过程的一半，成本也占到了三分之一。我国也在不断的自主研发光刻机，但是精度也只达不到要求。拿上海微电子来说，其研制了十余年，精度也只能达到90纳米左右，而华为需要的是7纳米和5纳米级别的光刻机，目前全球只有荷兰阿斯麦公司的EUV光刻机才能够达到。
自主研发光刻机面临着投入周期长、争夺市场难度高等问题，到时最大的问题还是技术壁垒。前面提到的阿斯麦公司其实并不是自己在生产光刻机，而是集合了数百家世界顶尖公司的优势技术。一台光科技有数万个零件，阿斯麦的光刻机零件都是掌握相关最高技术的企业在为他们生产。简单来说，如果有设备、有材料、有图纸，我们自主研发出光刻机并不困难，困难的是如何在国外的技术封锁下让世界各领域掌握最高技术的公司为我们供应零件。换句话说，如果我们想要完全地自主研发高精度光刻机，就必须同时掌握与光刻机制造流程相关的各个环节的最高技术以及所需要的各个零件制造方面的最高技术，难度可想而知。
