本文来自微信公众号：差评（ID：chaping321），作者：yx，编辑：面线，头图来自：unsplash
差评君最近看到一个有趣的视频，这个视频 UP 主号称可以在“99秒以内解决全球芯片危机”。
只见他捡起路边的石块，经过一番鬼斧神工的操作，就“造”出了一块 CPU ，堪称史上最细手艺人。
乍一看，你肯定觉得这哥们在搞噱头，但看完他的制作流程。
你别说，还是有点东西的。
正儿八经工业制作 CPU 用的原料和方法这博主都尽量用上，比如他提纯了 99.9999999% 的硅为原料，还用了跟工业制作 CPU 一样的 UV 光刻方法。
这哥们做的 CPU 切片
关键是他还在视频末尾，抛出了一个令人深思的问题：“随着高科技技术的不断涌现，我们是不是已经丧失了创造事物的能力？”
这格局一下就大起来了。
所以借这个机会，今天就给大家盘盘，我们普通人能不能纯手工搓出一颗 CPU？
顺便也跟大家聊聊真正的工业级芯片制作工艺难在哪？
造出一块 CPU ，大概需要经过三步，芯片设计、芯片制造和芯片封装。
不过咱今天的重点不在芯片设计，咱直接聊芯片制造。
芯片制造中有两个关键的玩意，也是大家最关心的：硅晶圆和光刻机。
图片来自：ASML官网
按芯片制造步骤来说，第一步，当然是找做芯片的原料——二氧化硅。
二氧化硅广泛分布在自然界里的岩石、沙砾之中，所以最直接的方法就是找一块顺手的石头。
然后从石头里把二氧化硅提纯出来。
这名 UP 把石头碎成下面这样的渣渣，就得到纯度 98% 的二氧化硅。
然后呢，他可能找了些烧杯或者坩埚，将二氧化硅和镁粉混合加热，制成粗硅。再用盐酸把里面的镁、氧化镁和硅化镁去除掉。
最后经过过滤，剩下的滤渣就是纯硅。
不过这时候只能算是 99.9% 的纯二氧化硅，UP 主又经过一系列他自己也没展示清楚的提纯步骤，把它变成纯度为 99.9999999%（9 个 9）的多晶硅。
这个纯度如果是真实的，那还是相当厉害，因为目前工业化制作芯片应用的多晶硅纯度最高也才 99.999999999%（11个 9）。
而工业化提纯硅这边，需要在专业的实验室环境下，找专业的均匀加热箱，先把二氧化硅和碳粉混合高温下生成粗硅，粗硅和氯气高温反应下生成氯化硅，氯化硅和氢气高温反应下得到纯净硅。
工业制硅能得到纯度更高的硅，但这个高温、氯气和氢气咱普通人是搞不到的。
但无论是 UP 主的土方法或者工业方法，上面制成的多晶硅并不是制作硅晶圆的最终形态，我们还要把它融化以后，用“乔赫拉尔斯基方法”，把多晶硅变成单晶硅棒。
乔赫拉尔斯基方法：专门用于获得单晶半导体（ 例如硅、钛和砷化铀 ）、金属（ 例如铂、铂、银、金 ）、盐和合成宝石的晶体生长方法。
我们平时看到那一个个圆片的晶圆，这名 UP 直接用水果刀，在棒子上像“片”羊肉一样把晶圆切出来。
这样成片的硅晶圆有了，下一步才是展现实力的时候——刻：光刻和刻蚀。
这位 UP，先是涂上一层“光刻胶”，然后把自己的硅晶圆搬到一个小暗房，用紫外线等把电路图印在晶圆上，这样 UP 主就完成了土“光刻”这一步。
那正儿八经的光刻是咋样的呢？
当我们有了刚从棒子上“片”好的晶圆，得先做一次无尘化处理，但凡一粒灰尘混进去，都会对硅晶圆的导电性产生影响，那这块晶圆基本就废了。
做好无尘化清洁处理，我们再涂上一层光刻胶，开始印电路图。
为啥用光刻胶呢，因为它对紫外线极其敏感。
我们拿出芯片设计阶段提前设计好的电路图掩膜，用强紫外线光束透过掩膜把电路图印在光刻胶上，第一轮光刻就算结束了
看上去也不是很难？
那你听完我给你讲的这几个细节。
首先是芯片制造环境，因为光刻胶对紫外线这种短波光极其敏感，普通日光灯里的紫外线也会让光刻胶提前曝光，所以晶圆制造的整个实验室内灯光全都是长波长的黄光。
这也是我们平时网上看到的制芯实验室都是“黄不拉几”的原因，有点像是很久以前胶片冲洗的暗房。
说完环境，我们再说光刻最重要的玩意——光。
就一个紫外线光也分类很多，比如 UV（紫外线：Ultraviolet）光。
目前业界使用最多的 DUV（Deep Ultraviolet）光，它的波长是 193nm，除了光刻， DUV 还被用在矫正近视眼上面。
而现在最牛掰的就数 EUV（Extreme Ultraviolet），它的波长只有 13.5 nm。
之所以我们能造出来越来越小制成的芯片，从 14nm 到 7nm 再到 5nm 甚至 3nm，都源于不断精进的紫外线波长。
巧妙的是，EUV 其实还是用的 DUV 的光源，只要用 DUV 的光脉冲去连续两次打击液态金属锡，就可以激发出波长更短的 EUV。
并且上述这些操作，可都是纳米级的哈。
除此之外，光刻机里那些反射 EUV 光线的镜子也大有学问。
那个直径 30 厘米的镜子，用 ASML 的话说：
“这可能是宇宙中最平滑的人造结构”。
它有多平呢？如果这块镜子有地球那么大，那它不平的地方也就一根头发丝的厚度。
光刻结束以后，下一步就是刻蚀了。
光刻只是把电路图印在上面，而工业级的刻蚀等一系列步骤可以把这些电路图垒起来，并让它导电。
咱先说 UP 主这边，光刻结束以后，他直接掏出一瓶酸开始了他的土“刻蚀”步骤。
但酸刻蚀会刻的相当不均匀，还可能会损坏晶圆体，而且要酸冲蚀好几遍才能弄干净。
但正儿八经的刻蚀应该是啥样的？
这就得说到专业的刻蚀机了。
工业级刻蚀机的用法，是选择等离子体物理轰炸冲击的技术，在硅晶圆上“炸”出电路图。
不明白等离子体物理冲击技术也没事，你可以理解成盖房子打地基的过程。
跟光刻机一样，我也给大家举几个刻蚀机的技术难点。
比如等离子体在冲击轰炸晶圆的时候，会有极少部分的合成物颗粒落在晶圆上。
而这个仅有 20nm 的颗粒，有可能破坏掉晶圆甚至让芯片直接报废。
如果我们以加工 5nm 制程芯片为例，一片 12 寸的晶圆上，直径大于 20nm 的颗粒不能超过两个。
这相当于在全国土地面积排名第四的青海省 72.23 万平方公里上，只能允许 2 粒葡萄大小的颗粒。
除了上述的颗粒控制以外，一台合格的刻蚀机还需要解决均匀性控制、磁场控制等难题。
刻蚀完以后，就是一遍遍的复刻封装了。
UP 主这边刻蚀完以后，经过一系列抛光打磨，直接就拿出来一个成品的硅晶圆，然后再把它切割一下，就直接“装机”使用了。
手搓 CPU 也就宣告结束了。
但正规的芯片工艺可没他这么简单。
工业级的刻蚀完以后，再通过不断重复上述铺光刻胶、光刻和刻蚀等步骤，硅晶圆的上的晶体管就会被一层一层搭建起来，就像是打完地基一步步的在上面盖起房子的过程。
最后，再经过切割、打磨、气相沉积等芯片封装工艺，一块芯片才算是造成了。
看到这，你应该也明白了 UP 主并不是用真的光刻胶，而是普通的彩色道具，也不是真的工业级高强度紫外线，应该就是普通的紫外线灯。
所以说到底，他应该也是奔着做“艺术品”的方向来做这块 CPU 的，能不能实际使用就先不考虑。
所以说，你想造出一块长得“像”芯片的玩意也不难，只要你备好掩膜（电路设计图）、硅片、替代光刻胶的彩色道具。
左手水果刀，右手电磨机，用它们勉强充当切割和打磨设备，然后准备一个紫外线灯就可以了，但你要想专业一点，你还可以去淘一个新鲜热乎的光刻机。
如果你不想搞艺术品，非整一个能用的“芯片”，你可以搞一堆的二极管，电线啥的，整一堆门电路，组个“大”芯片也还是可以的。
这时候我们再回看这名 UP 主刚开始提的那个问题。“随着高科技技术的不断涌现，我们已经忘却了创造事物的能力？”
想必你心里也已经有了答案，那就是创造力并没有消失，而是芯片制造这活真的越来越极限了，咱可玩不转。
比如光刻机，ASML 花了 20 年的时间才实现了 EUV 技术上的突破，而且像这样的技术创新只依靠 ASML 一家公司远远搞不定。
一台光刻机里，有来自德国蔡司的镜片，来自丹麦的机械手 ABB，来自美国的光源 Cymer ，涵盖了全球 5000 多家供应商。
中国工程师林本坚也是目前业界应用广泛的 DUV 光刻核心浸润技术的突出贡献者
所以说，芯片技术上的创新，并不是我们看得见摸得着的技术进步，隔壁英特尔这么多年了，不也才刚突破了 14nm+++ 吗？
而且芯片制造这事，可以说是承载人类未来技术进阶的一栋高楼，它需要全球各行各业的合作努力、添砖加瓦，更需要这些业内科学家在极限边缘不断试探、不断突破。
参考资料和图片：
ASML 官网；
ASML 油管；
B站：极客队长GeekLead；
维基百科：Czochralski method；Boule (crystal)；
RobertElder：How To Make A CPU – A Simple Picture Based Explanation；
Google图片：硅晶圆；光刻机；刻蚀机；光谱波长分布图
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