差評君最近看到一個有趣的視訊，這個視訊 UP 主號稱可以在 「 99 秒以內解決全球晶片危機 」。
只見他撿起路邊的石塊，經過一番鬼斧神工的操作，就 「 造 」 出了一塊 CPU ，堪稱史上最細手藝人。
乍一看，你肯定覺得這哥們在搞噱頭，但看完他的製作流程。
你別說，還是有點東西的。
正兒八經工業製作 CPU 用的原料和方法這博主都儘量用上，比如他提純了 99.9999999% 的矽為原料，還用了跟工業製作 CPU 一樣的 UV 光刻方法。
這哥們做的 CPU 切片 ▼
關鍵是他還在視訊末尾，拋出了一個令人深思的問題：「 隨著高科技技術的不斷湧現，我們是不是已經喪失了創造事物的能力 ？」
em。。。。這格局一下就大起來。
所以借這個機會，差評君今天就給大家盤盤，我們普通人能不能純手工搓出一顆 CPU ？
順便也跟大家聊聊真正的工業級晶片製作工藝難在哪？
造出一塊 CPU ，大概需要經過三步，晶片設計，晶片製造和晶片封裝。
不過咱今天的重點不在晶片設計，咱直接聊晶片製造。
晶片製造中有兩個關鍵的玩意，也是大家最關心的：矽晶圓和曝光機。
按晶片製造步驟來說，第一步，當然是找做晶片的原料——二氧化矽
二氧化矽廣泛分佈在自然界裡的岩石、沙礫之中，所以最直接的方法就是找一塊順手的石頭。
然後從石頭裡把二氧化矽提純出來。
這名 UP 把石頭碎成下面這樣的渣渣，就得到純度 98% 的二氧化矽。
然後呢，他可能找了些燒杯或者坩堝，將二氧化矽和鎂粉混合加熱，製成粗矽。再用鹽酸把裡面的鎂、氧化鎂和矽化鎂去除掉。
最後經過過濾，剩下的濾渣就是純矽。
不過這時候只能算是 99.9% 的純二氧化矽，UP 主又經過一系列他自己也沒展示清楚的提純步驟，把它變成純度為 99.9999999% （ 9 個 9 ）的多晶矽。
這個純度如果是真實的，那還是相當厲害，因為目前工業化製作晶片應用的多晶矽純度最高也才 99.999999999% （11個 9 ）。
而工業化提純矽這邊，需要在專業的實驗室環境下，找專業的均勻加熱箱，先把二氧化矽和碳粉混合高溫下生成粗矽，粗矽和氯氣高溫反應下生成氯化矽，氯化矽和氫氣高溫反應下得到純淨矽。
工業制矽能得到純度更高的矽，但這個高溫、氯氣和氫氣咱普通人是搞不到的。
但無論是 UP 主的土方法或者工業方法，上面製成的多晶矽並不是製作矽晶圓的最終形態，我們還要把它融化以後，用 「 喬赫拉爾斯基方法 」 法，把多晶矽變成單晶矽棒。
喬赫拉爾斯基方法：專門用於獲得單晶半導體（ 例如矽、鈦和砷化鈾 ）、金屬（ 例如鉑、鉑、銀、金 ）、鹽和合成寶石的晶體生長方法。
我們平時看到那一個個圓片的晶圓，這名 UP 直接用水果刀，在棒子上像 「 片 」 羊肉一樣把晶圓切出來。
這樣成片的矽晶圓有了，下一步才是展現實力的時候——刻：光刻和刻蝕。
這位 UP，先是塗上一層 「 光刻膠 」，然後把自己的矽晶圓搬到一個小暗房，用紫外線等把電路圖印在晶圓上，這樣 UP 主就完成了土 「 光刻 」 這一步。
那正兒八經的光刻是咋樣的呢？
當我們有了剛從棒子上 「 片 」 好的晶圓，得先做一次無塵化處理，但凡一粒灰塵混進去，都會對矽晶圓的導電性產生影響，那這塊晶圓基本就廢了。
做好無塵化清潔處理，我們再塗上一層光刻膠，開始印電路圖。
為啥用光刻膠呢，因為它對紫外線極其敏感。
我們拿出晶片設計階段提前設計好的電路圖掩膜，用強紫外線光束透過掩膜把電路圖印在光刻膠上，第一輪光刻就算結束了
看上去也不是很難？
那你聽完我給你講的這幾個細節。
首先是晶片製造環境，因為光刻膠對紫外線這種短波光極其敏感，普通日光燈裡的紫外線也會讓光刻膠提前曝光，所以晶圓製造的整個實驗室內燈光全都是長波長的黃光。
這也是我們平時網上看到的制芯實驗室都是 「 黃不拉幾 」 的原因，有點像是很久以前膠片沖洗的暗房。
說完環境，我們再說光刻最重要的玩意——光。
就一個紫外線光也分類很多，比如 UV（ 紫外線：Ultraviolet ）光。
目前業界使用最多的 DUV（ Deep Ultraviolet ）光，它的波長是 193nm，除了光刻， DUV 還被用在矯正近視眼上面。
而現在最牛掰的就數 EUV（Extreme Ultraviolet ），它的波長只有 13.5 nm。
之所以我們能造出來越來越小製成的晶片，從 14nm 到 7nm 再到 5nm 甚至 3nm，都源於不斷精進的紫外線波長。
巧妙的是， EUV 其實還是用的 DUV 的光源，只要用 DUV 的光脈衝去連續兩次打擊液態金屬錫，就可以激發出波長更短的 EUV。
並且上述這些操作，可都是奈米級的哈。
除此之外，曝光機裡那些反射 EUV 光線的鏡子也大有學問。
那個直徑 30 釐米的鏡子，用 ASML 的話說：
「 這可能是宇宙中最平滑的人造結構 」 。
它有多平呢？如果這塊鏡子有地球那麼大，那它不平的地方也就一根頭髮絲的厚度。
光刻結束以後，下一步就是刻蝕了。
光刻只是把電路圖印在上面，而工業級的刻蝕等一系列步驟可以把這些電路圖壘起來，並讓它導電。
咱先說 UP 主這邊，光刻結束以後，他直接掏出一瓶酸開始了他的土 「 刻蝕 」 步驟。
但酸刻蝕會刻的相當不均勻，還可能會損壞晶圓體，而且要酸沖蝕好幾遍才能弄乾淨。
但正兒八經的刻蝕應該是啥樣的？
這就得說到專業的刻蝕機了。
工業級刻蝕機的用法，是選擇等離子體物理轟炸衝擊的技術，在矽晶圓上 「 炸 」 出電路圖。
不明白等離子體物理衝擊技術也沒事，你可以理解成蓋房子打地基的過程。
跟曝光機一樣，我也給大家舉幾個刻蝕機的技術難點。
比如等離子體在衝擊轟炸晶圓的時候，會有極少部分的合成物顆粒落在晶圓上。
而這個僅有 20nm 的顆粒，有可能破壞掉晶圓甚至讓晶片直接報廢。
如果我們以加工 5nm 製程晶片為例，一片 12 寸的晶圓上，直徑大於 20nm 的顆粒不能超過兩個。
這相當於在全國土地面積排名第四的青海省 72.23 萬平方公里上，只能允許 2 粒葡萄大小的顆粒。
除了上述的顆粒控制以外，一臺合格的刻蝕機還需要解決均勻性控制、磁場控制等難題。
刻蝕完以後，就是一遍遍的復刻封裝了。
UP 主這邊刻蝕完以後，經過一系列拋光打磨，直接就拿出來一個成品的矽晶圓，然後再把它切割一下，就直接 「 裝機 」 使用了。
手搓 CPU 也就宣告結束了。
但正規的晶片工藝可沒他這麼簡單。
工業級的刻蝕完以後，再通過不斷重複上述鋪光刻膠、光刻和刻蝕等步驟，矽晶圓的上的電晶體就會被一層一層搭建起來，就像是打完地基一步步的在上面蓋起房子的過程。
最後，再經過切割、打磨、氣相沉積等晶片封裝工藝，一塊晶片才算是造成了。
看到這，你應該也明白了 UP 主並不是用真的光刻膠，而是普通的彩色道具，也不是真的工業級高強度紫外線，應該就是普通的紫外線燈。
所以說到底，他應該也是奔著做 「 藝術品 」 的方向來做這塊 CPU 的，能不能實際使用就先不考慮。
所以說，你想造出一塊長得 「 像 」 晶片的玩意也不難，只要你備好掩膜（ 電路設計圖 ）、矽片、替代光刻膠的彩色道具。
左手水果刀，右手電磨機，用它們勉強充當切割和打磨設備，然後準備一個紫外線燈就可以了，但你要想專業一點，你還可以去某魚淘一個新鮮熱乎的曝光機。
如果你不想搞藝術品，非整一個能用的 「 晶片 」 ，你可以搞一堆的二極體，電線啥的，整一堆閘電路，組個 「 大 」 晶片也還是可以的。
這時候我們再回看這名 UP 主剛開始提的那個問題。「 隨著高科技技術的不斷湧現，我們已經忘卻了創造事物的能力 ？」
想必你心裡也已經有了答案，那就是創造力並沒有消失，而是晶片製造這活真的越來越極限了，咱可玩不轉。
比如上面曝光機，ASML 花了 20 年的時間才實現了 EUV 技術上的突破，而且像這樣的技術創新只依靠 ASML 一家公司遠遠搞不定。
一臺曝光機裡，有來自德國蔡司的鏡片，來自丹麥的機械手 ABB，來自美國的光源 Cymer ，涵蓋了全球 5000 多家供應商。
中國工程師林本堅也是目前業界應用廣泛的 DUV 光刻核心浸潤技術的突出貢獻者。
所以說，晶片技術上的創新，並不是我們看得見摸得著的技術進步，隔壁英特爾這麼多年了，不也才剛突破了 14nm+++ 嗎？
而且晶片製造這事，可以說是承載人類未來技術進階的一棟高樓，它需要全球各行各業的合作努力、添磚加瓦，更需要這些業內科學家在極限邊緣不斷試探、不斷突破。
撰文：yx 編輯：面線 封面：萱萱
參考資料和圖片：
ASML 官網；
ASML 油管；
B站：極客隊長GeekLead；
維基百科：Czochralski method；Boule (crystal)；
RobertElder：How To Make A CPU – A Simple Picture Based Explanation；
Google圖片：矽晶圓；曝光機；刻蝕機；光譜波長分佈圖；林本堅
