有了光刻机，还需要5个重要工艺，才能做出一颗CPU：3分钟看懂光刻机工作流程

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光刻机如何将CPU从砂子、图纸上生产出来？

大家都知道，将晶圆制作成CPU、GPU以及DRAM、NAND芯片时，都需要借助光刻机来实现。那么，这其中有多少个主要流程呢？

以下，笔者精简其中最主要的几个步骤供大家参考，另外可以结合另外几篇文章搭配食用：

• 《为什么做CPU的“晶圆”不做成“晶方”？方形硅片不是产量更大吗》

• 《i3和i7本是孪生兄弟，价格悬殊原因何在？真相竟和钻石一个道理》

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）：

如果上图不太好理解的话，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：

图源（Chipworks）

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（粘）接在对应的基座上，焊接相应的Pin针脚或触点：

蓝色Silicon Chip就是由晶圆上切割出的芯片本体，需要安装相应基座和针脚方可使用

上图看着是不是有点复杂？换个简单的一眼就明白了：

打开CPU的金属盖板（开盖）之后，抠掉像玻璃一样的塑封材料就能看到晶片本体了

总结

以上就是“极简版”使用光刻机烧制半导体芯片的制作流程。当然了，实际的制作工序绝非这么简单，文中不足之处还望各位芯片达人在评论区多多指正，感谢感谢！

代表国之重器的7nm先进光刻机，仍未能嫁入中国芯片厂商

我国本土具备完全自主知识产权的国产光刻机仅有90nm水平。另外，在上述关键流程所涉及的晶圆覆膜、光刻胶等辅材的供给上，也需要国外进口（或重金购买知识产权转让）。因此，走完从砂子到CPU的完整自主之路，还需多年努力奋斗，望祖国加油！(ง •_•)ง