陈启明面对这台由无数超越时代技术结晶而成的、熠熠生辉的光刻机,迫不及待地想试一试它的效果。
虽然他百分之百相信系统的出品,那可是无所不能的系统啊,但这种感觉……
就像是亲手铸造了一把饮血的绝世神剑,哪怕从理论上已知它削铁如泥、无坚不摧,也依然会抑制不住那股发自灵魂深处的冲动,想要亲手挥舞一次,听一听那划破长空的龙吟,看一看那斩断万物的锋芒!
他要亲眼见证,这台机器如何在硅片之上,用光,雕刻出人类文明的下一个纪元!
“开始吧!”
陈启明眼中闪烁着炽热的光芒,立刻投入到芯片制造的完整流程中。
第一步:芯片设计(EdA)。
这不是简单的在纸上画图。他来到办公区,打开了那台搭载着他自己编写的EdA软件的电脑。
屏幕上,他没有调用任何现有的cpU架构,如x86或ARm,而是从零开始,构建一个全新的、专为未来人工智能和科学计算设计的指令集与核心架构。
他的手指在虚拟键盘上化作幻影,一行行硬件描述语言(RtL)代码如瀑布般倾泻而下。这套架构拥有远超当代的并行处理能力和极低的功耗设计。
设计完成后,他点击“综合与布局布线”。他自研的EdA软件展现出恐怖的算力,在短短几分钟内就完成了逻辑综合、物理布局、时钟树综合和布线,将数十亿个晶体管的复杂设计图,完美地“翻译”成了一份包含数百层电路版图的最终设计文件。
第二步:掩膜版制造(mask making)。
设计图纸必须被制作成一套物理的“模板”,也就是掩膜版。它就像是照相的底片。
陈启明将设计文件传入“电子束直写光刻机”。这台设备是专门用来制造掩膜版的。只见一道高能电子束,在覆盖着铬膜的石英基板上,以惊人的速度和精度,直接“画”出了第一层的电路图案。
外界需要数天甚至数周才能完成的一套完整掩膜版,在这里,不到一个小时就全部制造完毕。每一张掩膜版都完美无瑕。
第三步:晶圆准备与核心制造流程。
一切准备就绪,真正的主角——那台1nm high-NA EUV光刻机,即将登场!
陈启明从【万物采购】中订购了一片最顶级的12英寸(300mm)单晶硅晶圆,它像镜面一样光滑,是承载奇迹的画布。
接下来的过程,是一个不断重复的、精密到极致的循环:
薄膜沉积(deposition): 机械臂将晶圆送入沉积设备,在表面均匀地生长出一层纳米级的二氧化硅绝缘层。
涂胶(photoresist coating): 晶圆被高速旋转,一层薄薄的光刻胶被均匀地甩在表面。
曝光(Exposure): 来了!晶圆被送入光刻机的真空腔体内。在第48章中被制造出来的双工件台,以10G的恐怖加速度瞬间完成交换与定位,精度锁定在0.1纳米!紧接着,那束被完美镜组聚焦的、功率高达400瓦的EUV光束一闪而过,精准地将掩膜版上的图案“复印”到了光刻胶上。整个过程不到0.1秒。
显影(development): 晶圆被送出,用特殊化学试剂洗去被光照射过的光刻胶,留下电路图案的“保护层”。
刻蚀(Etching): 晶圆被送入等离子体刻蚀机,高能等离子体像微型雕刻刀,将没有光刻胶保护的二氧化硅层精准地刻蚀掉,形成沟槽。
离子注入(doping): 通过离子注入机,将磷、硼等离子打入暴露出来的硅中,改变其导电属性,形成晶体管的源极和漏极。
光刻胶去除(Stripping): 清洗掉剩余的光刻胶,完成一层晶体管结构的制造。
这个“沉积-涂胶-曝光-显影-刻蚀-注入”的循环,在陈启明的操作下,如同行云流水。
为了构建复杂的3d晶体管结构,以及后续的金属连接层,这个循环需要重复进行上百次,甚至上千次。每一次循环,都在硅片上构建出新的一层“楼房”。
第四步:金属互连(Interconnect)。
当数十亿个晶体管在底层被制造完毕后,需要用金属导线将它们连接起来,形成真正的电路。
陈启明采用了最先进的铜互连与大马士革工艺。依然是光刻、刻蚀出沟槽,然后通过电镀的方式将铜填充进去,再通过化学机械抛光(cmp)将多余的铜磨平。一层又一层,如同构建城市中密密麻麻的立交桥网络。
第五步:测试与切割封装。
经过十几个小时不间断的自动化流程,整片晶圆的制造宣告完成。上面密密麻麻地排列着数百个指甲盖大小的芯片(die)。
晶圆被送到探针台,无数细如发丝的探针自动落下,对每一个芯片进行电学测试。
屏幕上显示的结果让陈启明满意地点了点头:【良率:100%】。
在外界,这是绝对不可能出现的奇迹。但在系统提供的完美环境下,一切都理所当然。
最后,晶圆被激光精准地切割成一个个独立的芯片核心。机械臂将其中一颗夹起,固定在基板上,通过金线连接引脚,最后用黑色的陶瓷材料进行封装。
当所有工序完成,一颗通体黝黑、闪烁着金属引脚光泽的方形芯片,静静地躺在了托盘上。
它看上去平平无奇,和市面上任何一块高端cpU没什么两样。
但陈启明知道,就在这个小小的黑色方块里,集成了超过五百亿个晶体管,蕴含着超越这个时代至少五十年的计算能力。
他伸出手,将这枚芯片轻轻捏在指尖。
它还带着一丝机器的余温,却仿佛承载着一个世界的重量。
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