【纯科普】芯片制造，如何大力出奇迹？
制造芯片有多难？看光刻机是怎样大力出奇迹的？
大家可以猜一猜，现在中国进口规模最大的行业是什么？石油?铁矿？都不对，是芯片！
现在司空见惯的手机，其实凝聚了大量尖端复杂的科技，而芯片是其中最精密的部件，相比于美国、韩国等国，咱们国家的芯片制造业还是比较落后的，依赖于进口，原因有很多方面，其中一个是国产光刻机的落后，光刻机是芯片制造中最核心的机器，被誉为半导体产业【皇冠上的明珠】，每颗芯片在诞生之初，都需要经过光刻机的雕刻，且精度要达到头发丝的千分之一，很少人知道的是 顶尖的光刻机，需要非常大量的能耗才能大力出奇迹，已最先进的荷兰ASML公司新款EUV光刻机为例，近亿美元售价的它就是用极端的耗电来大力出奇迹的，我们先来看一下芯片的构成，芯片其实就是大规模集成电路，在小小的芯片上，布满密密麻麻的集成电路。
芯片的进步进程，其实就是在同样体积里，塞下更多的集成电路，这样，我们的手机、笔记本等电子产品，才能越来越小。
芯片上的集成电路 简单来说，就是在硅晶圆上刻出的沟槽，当我们在石碑上刻字的时候，用凿子就可以了，当我们在鼻烟壶里刻字的时候，就得用细一些的凿子，比起芯片来说也太大了，怎么办呢？那就用光好了，光的波长是纳米级的，如果要提升制程工艺，就需要波长更短的光，换句话说，就是更细的凿子，我们都知道，从红光到紫光，波长越来越短，之前制作芯片用到的氢氟激光的波长是193纳米，但先进光刻机用到的激光紫外线的波长只有13纳米，后者显然是比前者细多了，但是之前为什么不用极紫外光呢~ 那是因为极紫外光实在是太耗电了，到底是哪里耗电呢？整体而言，光刻机消耗的电量主要用于这四个方面，【真空环境】【极紫外光】【超洁净环境】【散热冷却】。
首先我们来讲一下【真空环境】【极紫外光】的一个特性是它能被很多材料吸收，包括空气，所以要使用极紫外光必须把整个环境都抽成真空，维持这一环境，需要消耗大量电力，接下来，我们再看下制造就【极紫外光】有多耗能，极紫外光还有一个特性是 它居然能够被透镜吸收，之前人们使用193纳米的氢氟激光的时候，是用透镜来集中光束的，但极紫外光会透镜吸收，所以不能使用透镜，不用透镜，怎么把极紫外光集中到一个方向上呢，只能用反射，但随之而来的是大量的能量损失，用硅与钼制成的镀膜反射镜，可以用来集中极紫外光，但是极紫外光每被反射一次，能量就会损失三成，极紫外光从光源出发，经过十几次反射，到达晶圆的时候，只剩下不到2%的光线了，我们平时用电来发光得到照明，目前市面上的LED产品，电光转换效率是最高129流明每瓦，大约是理论值的34%，而极紫外光的电光转换效率低到可怕。韩国企业海力士曾经公布，紫紫外光EUV的能源转换效率只有0.02%左右，目前ASML公司的EUV的极紫外光光刻机的输出功率是250瓦，要达到这样的输出功率，需要0.125万千瓦的电力输入才能维持，也就是说，一台输出功率为250w的EUV光刻机工作一天，仅仅是光源这一项，就会消耗3万度电，这也不难理解高能耗的第三个原因【超洁净环境】，EUV光刻机必须在超洁净环境中才能运行，一小点灰尘落到光罩上就会带来严重的良品率问题，并对材料技术、流程控制、缺陷检验等环节提出了更高的要求，这些环节的正常运转，都素hi以大量能耗为前提的，大量能耗带来的一个直观问题就是散热，要得到这样高功率的极紫外光，需要极大的激光器，这样大的激光器，工作时候会产生很大的热量，需要一套优良的散热冷却系统，才能保证机器正常工作，而这又需要消耗大量电力。
综上所述，以上四个原因导致EUV极紫外光光刻机刻蚀晶圆极其耗电，而且要求供电极其稳定，稍有波动，晶圆就全部报废，损失惨重，尖端的科技，极端的耗能，相互配合才能大力出奇迹，造出了我们呢喜爱的新款手机处理器，现在再看看你手上的手机，它背后可是凝结顶尖制造工艺多年的技术积累，也是无数工程师共同的智慧，更是难以想象的电能消耗，这么一看是不是觉得，贵自然也是有贵的道理的。
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