芯片和光刻

科技的进步，带动着集成电路的发展，芯片就是集成电路的一种，为了能让芯片获得更高的性能和更小的体积，纳米技术在该领域得到广泛应用。从最开始的48nm工艺到目前能批量生产的台积电5nm工艺，芯片行业发生了巨大的变化。

芯片正在高速发展软件的升级也在推动了硬件的发展，比如这几年大型3D网络游戏的开发，对CPU和GPU芯片的性能也越来越高，每秒钟执行的运算也越来越多，体验效果也越好。也就是说性能越高的芯片对于软件的加载和运行速度提升更快。

目前的处理器来说，新一代的高通8系列和华为麒麟9代处理器给我们带来了极速的体验，最让我期待的就是台积电5nm工艺下的手机高端处理器了。但是由于台积电的代加工问题，麒麟芯片面临加工困难，如果使用国产工艺的话可能只能在14nm徘徊，性能将大幅度下降，这是我们无法接受的。而国产想要获得突破，就必须依赖高端光刻机，比如asml的光刻机，虽然以前不对中国销售，近年也有各种松口，但是顶尖的还是被美国操控着，中美关系2020年紧张状态，估计也有曲折坎坷了。

我国科技的锐变自1979年以来，我国进入了科技高速发展状态，在这40多年以来我国发生了翻天覆地的变化，在各个领域上都取得了辉煌的成就，比如第一次载人航天、太空行走、第一月球探测、第一个空间站建设。而且在芯片的发展上面，我国也算的上的后来居上，虽然因为多方面的封锁达不到5nm高端的工艺，但是在芯片的研发道路上也迎来了不少新的突破。根据摩尔定律来说：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。所以说纳米技术越高的芯片，性能越强，这就是全球都在研究5nm以下的芯片的原因。

那么芯片是怎么做成的，为什么制作工艺这么难呢。甚至有些研究很长时间都没有效果，各种宣传文章也被网友评论说是“骗经费的”，其实芯片的攻克并没有想象的那么容易，它的复杂程度可能比造卫星、造导弹等都要难的多。

图纸的设计想要设计一块芯片，我们就要设计好一张芯片的图纸，这些图纸中包含非常多的逻辑运算，比如非门、与门、或门等。想要运算速度越快，那么可能需要的晶体数量就越多。而想要设计一块上亿晶体管的芯片，就必须用到专业的设计软件。我们简称为EDA软件，目前这些软件只有美国等高端软件行业才能制作。

听说这几个设计软件也不准备给中国用了，但是国产软件好没发展好，也不知道前景如何了哈。

在设计完成后我们会得到一张类似于下图中设计好的图纸，然后将其制作成一张光罩，光照的原理类似于我们照相机的底片，当光线通过光罩后，会在晶圆上面得到一个电路的图形。

由于一枚芯片需要几十层的电路堆叠组成，所以我们就要制作几十层的光罩，比如一张7nm工艺的处理器，最少需要80张以上的光罩才能完成。

芯片的制作原理在图纸设计完成之后，我们就要开始芯片的制作了，也就是台积电的主要工作，制作的原理就相当于在一层层的薄膜上可出一层层的电路布线，当薄膜堆积起来时，就能形成电路图中电路的功能。

科技致富经：芯片制造零基础入门指南，人人都能造芯片”中对芯片制作工艺的介绍：

首先在硅片上覆盖一层薄膜和光刻胶，然后用强光透过有电路图的光罩打在光刻胶上，强光会破坏光刻胶的结构，但光罩上被遮挡的部分光刻胶不会被破坏，光罩上面电路图也就就拷贝到晶圆上了。最后通过溶解掉没有被光刻胶覆盖的薄膜以及剩下的光刻胶，晶圆上就留下了一层我们设计好的图形图案了。

对于工艺和器件美国公司也有专门的软件模拟和设计，具有完整的流程软件。

而想要获得一张高端的芯片，可能需要重复上面的步骤，通过多层的叠加之后，最初晶圆上就会拥有几十上百个die，每一个die都将会被封装成一个个芯片。

总结而想要生产出5nm工艺的芯片，按照目前的要求必然是需要购买一台ASML的高端光刻机，除了光刻机之外，光刻中需要用到EUV光刻胶也只有日本能够生产。完全想要做到国产化，这两点是非常重要的。这也证明想要在芯片光刻的工艺中取得一点突破是非常难得的。

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