เส้นผมของมนุษย์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 70,000 นาโนเมตร และเส้นรอบวง 220,000 นาโนเมตร การผลิตชิปโดยใช้กระบวนการ 5 นาโนเมตร เปรียบเสมือนการสร้างถนน 44,000 สายไปตามเส้นผมเส้นเดียว

ผู้แต่ง: Liu Zhirong ที่มา: Headline@Iron Tower-Liu Zhirong

เมื่อวันที่ 15 พฤษภาคม 2020 สหรัฐอเมริกาได้ออกคำสั่งห้ามนำเข้าชิปจากหัวเว่ย นับตั้งแต่นั้นมา ชิปดังกล่าวก็ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางจากชาวจีน คำสั่งห้ามมีผลบังคับใช้เมื่อวันที่ 15 กันยายน ผู้ผลิตชิปที่มีชื่อเสียงระดับโลก เช่น TSMC, MediaTek, Qualcomm, Sony, Samsung, SK Hynix และ Micron ไม่สามารถจัดหาชิปให้กับหัวเว่ยได้อีกต่อไป เมื่อวันที่ 16 กันยายน คณะกรรมการกลางตรวจสอบวินัยได้เผยแพร่บทความบนเว็บไซต์อย่างเป็นทางการ โดยระบุว่า "การตัดการจัดหาชิปของหัวเว่ยอาจเป็นจุดเริ่มต้นของยุครุ่งเรืองของอุตสาหกรรมชิปของจีน"

เราพูดถึงมันฝรั่งทอดกรอบทุกวัน แต่คุณรู้หรือไม่ว่ามันฝรั่งทอดกรอบคืออะไร?

1. การประดิษฐ์ชิปได้เปลี่ยนแปลงชีวิตมนุษย์อย่างไรบ้าง?

เมื่อวันที่ 23 ธันวาคม ค.ศ. 1947 นักวิทยาศาสตร์สามคนจากห้องปฏิบัติการเบลล์ในสหรัฐอเมริกา ได้แก่ จอห์น บาเดน วิลเลียม ช็อกลีย์ และวอลเตอร์ แบรตตัน ได้ประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ผลึกเจอร์มาเนียม ซึ่งเป็นการเปิดศักราชใหม่ให้กับโลกอิเล็กทรอนิกส์เข้าสู่ยุคเซมิคอนดักเตอร์ นักประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ทั้งสามคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1956

ทศวรรษ 1950 เป็นยุคทองของสารกึ่งตัวนำ วัสดุและกระบวนการพื้นฐานเกือบทั้งหมดของสารกึ่งตัวนำได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงเวลานี้

เมื่อวันที่ 18 ตุลาคม ค.ศ. 1954 บริษัทเท็กซัส อินสตรูเมนต์ส์ ได้ประดิษฐ์วิทยุทรานซิสเตอร์ขึ้น วิทยุที่มีทรานซิสเตอร์สี่ตัวนี้มีขนาดเล็กพอที่จะใส่ในกระเป๋าเสื้อได้

เมื่อวันที่ 12 กันยายน ค.ศ. 1958 แจ็ค คิลบี (Jack Kilby) (1923-2005) วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ของบริษัทเท็กซัส อินสตรูเมนต์ ได้คิดค้นวงจรรวม (Integrated Circuit) และประสบความสำเร็จในการผลิตชิปวงจรรวมตัวแรกของโลกในปี ค.ศ. 1959 วงจรรวมนี้ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์แบบ PNP (ทรานซิสเตอร์), ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ โดยการสลักลงบนชิปเจอร์มาเนียม และใช้สายไฟภายนอกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างวงจร วงจรรวมที่เรียบง่ายนี้ได้จุดประกายอุตสาหกรรมชิป ผลักดันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของมนุษย์ไปสู่จุดสูงสุดใหม่ และเปลี่ยนแปลงวิถีชีวิตของมนุษย์ไปอย่างสิ้นเชิง

ความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการผลิตชิปได้ลดราคาของทรานซิสเตอร์แต่ละตัวลงอย่างมาก ในปี 1959 มีทรานซิสเตอร์ 6 ตัวบนชิป ราคาตัวละ 10 ดอลลาร์ ในปี 1971 มีทรานซิสเตอร์ 2,000 ตัวบนชิป ราคาตัวละ 0.3 ดอลลาร์ และในปี 2004 มีทรานซิสเตอร์หลายหมื่นล้านตัวบนชิป และราคาของทรานซิสเตอร์แต่ละตัวลดลงเหลือเพียงหนึ่งในพันล้านของดอลลาร์ การพัฒนาด้านต้นทุนและประสิทธิภาพของชิปทำให้ชิปสามารถเข้าสู่บ้านเรือนของคนทั่วไปได้

อาจกล่าวได้ว่าชิปเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของศตวรรษที่ 20 และสิ่งประดิษฐ์อื่นๆ อีกมากมายก็มีพื้นฐานมาจากชิป ปัจจุบันเราอาศัยอยู่ในโลกที่รายล้อมไปด้วยชิป และหากปราศจากชิปแล้ว การดำเนินชีวิตคงเป็นเรื่องยากลำบาก

ชีวิตประจำวันของผู้คนแยกจากชิปไม่ได้ อุปกรณ์อัจฉริยะ เช่น โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ และสมาร์ทวอทช์ ล้วนมีชิป อุปกรณ์เครือข่าย เช่น โมเด็มแบบออปติคอล เราเตอร์ แฟลชไดรฟ์ USB การ์ดหน่วยความจำ และฮาร์ดดิสก์แบบพกพา ล้วนมีชิป อุปกรณ์เครือข่ายและอุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์ บัตรประจำตัวประชาชน หนังสือเดินทาง บัตรธนาคาร บัตรช้อปปิ้ง บัตรบริโภค และบัตรประจำตัวอื่นๆ ก็มีชิป โทรทัศน์ ลำโพง โปรเจ็กเตอร์ เครื่องชาร์จ ไฟ LED เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องปรับอากาศ ตู้เย็น เตาไมโครเวฟ เตาแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องทำน้ำอุ่น และเครื่องใช้ในครัวเรือนอื่นๆ ก็มีชิปเช่นกัน ระบบควบคุมการเข้าออก ระบบตรวจสอบ เซลล์แสงอาทิตย์ ฯลฯ ก็ต้องการชิปเช่นกัน หากมีใครคิดค้นรหัสที่สามารถปิดการใช้งานชิปทั้งหมดในโลกได้ ชีวิตมนุษย์ก็จะหยุดชะงัก

แจ็ค คิลบี ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2000 จากการประดิษฐ์ชิป นอกจากนี้เขายังเป็นผู้ประดิษฐ์เครื่องคิดเลขพกพาและเครื่องพิมพ์ความร้อนอีกด้วย เมื่อมีคนเรียกคิลบีว่าเป็นนักวิทยาศาสตร์ เขาตอบอย่างถ่อมตัวว่า "นักวิทยาศาสตร์คือคนที่อธิบายสิ่งต่างๆ และต้องมีแนวคิดที่ยอดเยี่ยม ส่วนผมเป็นนักแก้ปัญหา เป็นวิศวกร หน้าที่ของผมคือการคิดค้นกระบวนการใหม่ๆ ผลิตสินค้าใหม่ๆ และหารายได้จากสิ่งประดิษฐ์และผลงานสร้างสรรค์"

2. เพื่อให้เข้าใจชิป คุณต้องเข้าใจ "จุดเชื่อมต่อ PN" ก่อน

ดังที่กล่าวมาข้างต้น จะเห็นได้ว่าชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ ผลิตขึ้นจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ แล้วเชื่อมต่อด้วยสายไฟ นี่คือวงจรรวม หรือที่เรียกว่าชิป ในการทำความเข้าใจชิป คุณต้องเข้าใจ "รอยต่อ PN" ก่อน ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์

เมื่อสารกึ่งตัวนำถูกเติมด้วยธาตุที่มีวาเลนซี 5 ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดสารกึ่งตัวนำชนิด N เมื่อสารกึ่งตัวนำถูกเติมด้วยธาตุที่มีวาเลนซี 3 ความเข้มข้นของโฮลจะเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดสารกึ่งตัวนำชนิด P คำว่า "โฮล" หมายถึงช่องว่างที่เหลืออยู่บนพันธะโควาเลนต์หลังจากที่อิเล็กตรอนบนพันธะโควาเลนต์ได้รับพลังงานและหลุดออกจากพันธะโควาเลนต์กลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระ

เมื่อสารกึ่งตัวนำชนิด P และสารกึ่งตัวนำชนิด N สัมผัสกันอย่างใกล้ชิด อิเล็กตรอนที่มีประจุลบและโฮลที่มีประจุบวกจะแพร่เข้าหากัน การแพร่ของอิเล็กตรอนและโฮลทำให้เกิดสนามไฟฟ้าภายในบนพื้นผิวสัมผัส และสนามไฟฟ้าภายในนี้จะป้องกันการแพร่ดังกล่าว ทำให้อิเล็กตรอนและโฮลสามารถไหลกลับได้ เมื่อความเร็วในการแพร่และความเร็วในการไหลกลับของอิเล็กตรอนและโฮลถึงจุดสมดุลทางพลวัต จะเกิด "รอยต่อ PN" ขึ้นที่พื้นผิวสัมผัสระหว่างสารกึ่งตัวนำชนิด P และสารกึ่งตัวนำชนิด N

คุณสมบัติหลักของ "รอยต่อ PN" คือ "การนำไฟฟ้าแบบทางเดียว" หากใช้ปลายสารกึ่งตัวนำชนิด P เป็นขั้วบวกและปลายสารกึ่งตัวนำชนิด N เป็นขั้วลบ กระแสไฟฟ้าจะสามารถไหลผ่านรอยต่อ PN ได้ แต่หากใช้ปลายสารกึ่งตัวนำชนิด N เป็นขั้วบวกและปลายสารกึ่งตัวนำชนิด P เป็นขั้วลบ กระแสไฟฟ้าจะไม่สามารถไหลผ่านรอยต่อ PN ได้ การใช้งานบิตไบนารีในคอมพิวเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของ "รอยต่อ PN" กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน "รอยต่อ PN" แทนค่า "1" และกระแสไฟฟ้าที่ไม่ไหลผ่าน "รอยต่อ PN" แทนค่า "0"

"PN junction" คือไดโอดชนิดหนึ่ง ถ้าสารกึ่งตัวนำชนิด P สองตัวประกบสารกึ่งตัวนำชนิด N ไว้ตรงกลาง จะเกิดเป็นไตรโอด ซึ่งก็คือไตรโอดชนิด PNP ที่กล่าวถึงข้างต้น และถ้ามีสารกึ่งตัวนำชนิด P สองตัวประกบอยู่ตรงกลาง ก็จะกลายเป็นทรานซิสเตอร์ชนิด NPN

คนทั่วไปไม่สามารถมองเห็น "ตัวชิป" ที่แท้จริงได้ ชิปมีขนาดเล็กเท่ากับรังแคของมนุษย์และใหญ่เท่ากับเล็บมือของมนุษย์ เนื่องจากมันบางมาก จึงต้องบรรจุในเปลือกหุ้มที่ปิดสนิทก่อนที่จะเชื่อมต่อกับวงจรภายนอก เมื่อคุณเปิดคอมพิวเตอร์ โทรทัศน์ หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ คุณจะเห็นแผงวงจรขนาดใหญ่ มีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์มากมายอยู่บนแผงวงจร ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขาหลายขาเหล่านั้นคือชิป ขาเหล่านี้เชื่อมต่อกับขั้วอินพุตและเอาต์พุตของชิป บางตัวอยู่ทั้งสองด้านของตัวห่อหุ้มชิป บางตัวอยู่สี่ด้าน และบางตัวจัดเรียงเป็นเมทริกซ์ที่ด้านล่าง บรรจุอย่างหนาแน่นด้วยขามากกว่า 1,000 ขา

3. การทำมันฝรั่งทอดกรอบก็เหมือนกับการแกะสลักโลกและสร้างถนนหนทางทั้งหมดบนเมล็ดข้าวใช่ไหม?

มีแนวคิดหนึ่งที่ควรกล่าวถึง นั่นคือ "กฎของมัวร์" ในปี 1965 กอร์ดอน มัวร์ ผู้ร่วมก่อตั้งบริษัทผลิตชิปชื่อดังระดับโลกอย่าง Intel Corporation ได้เสนอว่าจำนวนทรานซิสเตอร์บนชิปตัวเดียวจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกปี ต่อมาเขาได้แก้ไขเป็นเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกสองปี การคาดการณ์นี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าถูกต้องในทางปฏิบัติ ในปี 2011 ชิป Intel Core i7 มีทรานซิสเตอร์ 2.27 พันล้านตัว ปัจจุบันจำนวนทรานซิสเตอร์บนชิปไฮเอนด์บางรุ่นมีจำนวนเกินหลายหมื่นล้านตัว เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ชิป AI WSE ที่ผลิตโดยบริษัทผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ Cerebras Systems โดยใช้เทคโนโลยีการผลิต 16 นาโนเมตรของ TSMC ได้รวมทรานซิสเตอร์ไว้ถึง 1.2 ล้านล้านตัว!

"กระบวนการผลิต" ในที่นี้หมายถึงความกว้างของช่องประตูทรานซิสเตอร์บนชิป ซึ่งโดยทั่วไปเราสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นขนาดของทรานซิสเตอร์ ยิ่งกระบวนการผลิตเล็กเท่าไร ก็ยิ่งสามารถสร้างทรานซิสเตอร์บนชิปเดียวได้มากขึ้นเท่านั้น และวงจรรวมก็จะยิ่งใหญ่ขึ้นเท่านั้น

ความเร็วในการประมวลผลของชิปยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากการรวมวงจรภายในชิปที่เพิ่มมากขึ้น ยิ่งระดับการรวมวงจรของชิปสูงขึ้นเท่าใด ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บนชิปก็จะยิ่งเล็กลง และสายไฟระหว่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ก็จะยิ่งสั้นลงเท่านั้น ส่งผลให้เวลาที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสั้นลง การใช้พลังงานลดลง และความเร็วในการประมวลผลเร็วขึ้น

มีสามวิธีในการเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์ในชิป วิธีแรกคือการเพิ่มพื้นที่ของชิป วิธีที่สองคือการลดขนาดของทรานซิสเตอร์ และวิธีที่สามคือการสร้างวงจรรวมแบบสามมิติ โดยทั่วไปแล้วการเพิ่มพื้นที่ของชิปไม่เป็นที่นิยม เนื่องจากจะทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้นและลดประสิทธิภาพของชิป ปัจจุบันผู้คนส่วนใหญ่จึงใช้วิธีสองวิธีหลังเพื่อเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์ในชิป

การผลิตชิปเป็นเรื่องของโลกจุลภาค และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บนชิปนั้นมีขนาดเล็กมากเพียงไม่กี่อะตอมหรือโมเลกุล และวัดได้ในหน่วยที่เล็กกว่านั้น คือ นาโนเมตรและอังสตรอม มาตราส่วนที่เล็กที่สุดบนไม้บรรทัดทั่วไปคือ มิลลิเมตร 1 มิลลิเมตรเท่ากับ 1000 ไมครอน 1 ไมครอนเท่ากับ 1000 นาโนเมตร และ 1 นาโนเมตรเท่ากับ 10 อังสตรอม เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์คือ 70,000 นาโนเมตร และเส้นรอบวงคือ 220,000 นาโนเมตร การผลิตชิปโดยใช้กระบวนการ 5 นาโนเมตร เปรียบเสมือนการสร้างถนน 44,000 เส้นตามเส้นผม

มีข้อจำกัดในการลดขนาดของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้นจึงมีการพิจารณาการสร้างวงจรรวมแบบหลายชั้นบนชิปเดียวเพื่อเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์ เปรียบเสมือนการสร้างอาคารที่อยู่อาศัย บ้านชั้นเดียวสามารถรองรับผู้อยู่อาศัยได้จำนวนน้อย ในขณะที่อาคารที่มีหลายสิบชั้นสามารถรองรับผู้อยู่อาศัยได้จำนวนมาก การซ้อนวงจรรวมนั้นซับซ้อนกว่าการสร้างอาคารมาก ผังของแต่ละชั้นในอาคารอาจเหมือนกัน แต่โครงสร้างวงจรของแต่ละชั้นในชิปนั้นแตกต่างกัน และการเชื่อมต่อระหว่างชั้นต่างๆ ก็ซับซ้อนอย่างยิ่ง

ลองขยายอุปมานี้ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น: การผลิตชิปเปรียบเสมือนการแกะสลักโลกทั้งใบลงบนเมล็ดข้าว และถนนและอาคารทั้งหมดบนโลกนั้นต้องถูกแกะสลักออกมา ถนนเปรียบเสมือนสายไฟบนชิป และอาคารเปรียบเสมือนชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บนชิป ด้วยอุปมานี้ ผู้อ่านจะสามารถจินตนาการได้ว่าการผลิตชิปนั้นซับซ้อนและยากลำบากเพียงใด

4. การทำให้ซิลิคอนบริสุทธิ์เป็นรากฐานของอุตสาหกรรมการผลิตชิป

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีหลายชนิด แต่ในการใช้งานจริง มากกว่า 90% ใช้ซิลิคอน เนื่องจากจุดหลอมเหลวของซิลิคอนอยู่ที่ 1415 องศาเซลเซียส ซึ่งช่วยให้สามารถใช้กระบวนการที่อุณหภูมิสูงในการผลิตชิปได้

ซิลิคอนถูกหลอมจากทราย แต่การหลอมทรายให้เป็นซิลิคอนที่สามารถนำมาใช้ทำชิปได้นั้น จำเป็นต้องมีความบริสุทธิ์สูงมาก เราเรียกทองคำที่มีความบริสุทธิ์ 99.99% ว่าทองคำบริสุทธิ์ (4 เก้า) แต่ความบริสุทธิ์ของซิลิคอนที่ใช้ทำชิปนั้นต้องมีอย่างน้อย 11 เก้า นั่นคือ ต้องมีอะตอมเจือปนไม่เกิน 1 อะตอมต่ออะตอมซิลิคอน 1 พันล้านอะตอม ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์ระดับนี้ถูกค้นพบโดยห้องปฏิบัติการเบลล์ในสหรัฐอเมริกาในปี 1955 ปัจจุบันชิปหนึ่งชิ้นประกอบด้วยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์หลายแสนล้านชิ้น และข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ของซิลิคอนนั้นสูงขึ้น อย่างน้อย 13 เก้า นี่คือพื้นฐานของการผลิตชิป หากปราศจากความเชี่ยวชาญในเทคโนโลยีการทำให้ซิลิคอนบริสุทธิ์ การสร้างชิปก็เป็นไปไม่ได้!

ผู้อ่านอาจสงสัยว่า ทำไมซิลิคอนที่ใช้ในการผลิตชิปจึงต้องมีความบริสุทธิ์สูง? เนื่องจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บนชิปมีขนาดเล็กมาก หากผลิตชิปด้วยกระบวนการ 5 นาโนเมตร สิ่งเจือปนเพียง 1 นาโนเมตรก็สามารถทำลายชิปทั้งชิ้นได้ ลองนึกภาพเปรียบเทียบดู ถ้าถนนกว้าง 40 เมตร และมีก้อนหินขนาดใหญ่กว้าง 1 เมตรอยู่กลางถนน รถยนต์สามารถหลบหลีกก้อนหินได้โดยไม่ทำให้รถติด แต่ถ้าถนนกว้างเพียง 5 เมตร และมีก้อนหินขนาดใหญ่กว้าง 1 เมตรอยู่กลางถนน รถยนต์จะไม่สามารถหลบหลีกได้ และถนนก็จะถูกปิดกั้น

ดังนั้น การผลิตชิปจึงไม่เพียงแต่ต้องการซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงเท่านั้น แต่ยังต้องปราศจากฝุ่นในทุกขั้นตอนการผลิตด้วย ความบริสุทธิ์ของซิลิคอนสูงกว่าห้องผ่าตัดในโรงพยาบาลถึง 100,000 เท่า และครึ่งหนึ่งของกระบวนการผลิตยังดำเนินการในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ ด้วยเหตุนี้ โรงงานผลิตชิปจึงไม่จำเป็นต้องปิดตัวลงในช่วงการระบาดของ COVID-19 เพื่อต่อสู้กับการระบาด เพราะคนงานได้รับการปกป้องตั้งแต่หัวจรดเท้า และชุดป้องกันบางชุดยังมีระบบช่วยหายใจในตัวเพื่อป้องกันไม่ให้ชิปปนเปื้อนจากสารคัดหลั่งจากกระบวนการเผาผลาญและการหายใจของมนุษย์

5. เครื่องพิมพ์หิน (lithography machine) นี้เป็นเครื่องฉายวงจรรวม (integrated circuit projector) จริงหรือไม่??

ชื่อ "เครื่องลิโทกราฟี" นั้นแปลผิดและทำให้เข้าใจผิดอย่างมาก หลายคนเข้าใจผิดคิดว่าเครื่องลิโทกราฟี "แกะสลัก" วงจรรวมบนพื้นผิวของซิลิคอนผลึกโดยการสัมผัสทางกายภาพ เหมือนกับการแกะสลักด้วยคอมพิวเตอร์ แต่ในความเป็นจริงแล้ว ชิปไม่ได้ถูก "แกะสลัก" แต่ถูก "ถ่ายภาพ" ดังนั้นจึงเหมาะสมกว่าที่จะเรียกเครื่องลิโทกราฟีว่า "เครื่องฉายวงจรรวม"

เมื่อแผ่นเวเฟอร์สำหรับการผลิตชิปเข้าสู่ขั้นตอนกระบวนการโฟโตลิโทกราฟี เครื่องโฟโตลิโทกราฟีจะฉายลวดลายวงจรรวมลงบนสารไวแสงบนพื้นผิวของเวเฟอร์ผ่านทางหน้ากาก หลังจากที่สารไวแสงได้รับแสงแล้ว บริเวณที่ได้รับแสงจะถูกกัดด้วยสารเคมีเหลวและทำความสะอาด ในวิธีนี้ ลวดลายวงจรรวมก็จะปรากฏขึ้น กระบวนการโฟโตลิโทกราฟีเหมือนกับกระบวนการถ่ายภาพแบบดั้งเดิม แสงผ่านฟิล์มเนกาทีฟเพื่อทำให้กระดาษถ่ายภาพไวต่อแสง จากนั้นกระดาษถ่ายภาพที่ไวต่อแสงจะถูกล้างและตรึงไว้ในสารละลายเคมี

ชิปหนึ่งชิ้นต้องผ่านกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีหลายสิบหรือหลายร้อยครั้ง และกระบวนการต่างๆ หลังจากโฟโตลิโทกราฟีจะใช้เวลาหลายสัปดาห์ก่อนที่จะเข้าสู่ขั้นตอนการบรรจุภัณฑ์ได้

เทคโนโลยีการผลิตชิปมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา แต่เทคโนโลยีหลักส่วนใหญ่ในการผลิตชิปนั้นมาจากเบลล์แล็บส์ การมีส่วนร่วมของเบลล์แล็บส์ในการปฏิวัติเทคโนโลยีสารสนเทศจะถูกจารึกไว้ในประวัติศาสตร์ตลอดไป

7. ฉันสามารถผลิตชิปได้หรือไม่ ถ้าฉันมีเครื่องโฟโตลิโทกราฟี?

ผู้อ่านหลายท่านสนใจเครื่องพิมพ์ภาพด้วยแสง (photolithography) และคิดว่าสามารถผลิตชิปได้ด้วยเครื่องพิมพ์ภาพด้วยแสงเหล่านี้ แต่ความจริงแล้วไม่ใช่เช่นนั้น แม้ว่าเครื่องพิมพ์ภาพด้วยแสงจะมีบทบาทสำคัญในการผลิตชิป แต่ก็เป็นเพียงหนึ่งในกระบวนการมากกว่า 1,000 กระบวนการในการผลิตชิปเท่านั้น แม้จะมีเครื่องพิมพ์ภาพด้วยแสงแล้ว หากคุณไม่เชี่ยวชาญกระบวนการอื่นๆ คุณก็ยังไม่สามารถผลิตชิปได้

ในปี 1961 บริษัท GCA ของอเมริกาได้ผลิตเครื่องพิมพ์ภาพด้วยแสง (photolithography machine) เครื่องแรกของโลก ปัจจุบัน มีบริษัท 7 แห่งใน 4 ประเทศทั่วโลกที่สามารถผลิตเครื่องพิมพ์ภาพด้วยแสงได้ ได้แก่ Asmaier ในเนเธอร์แลนด์ Intel, Super Technology Semiconductor และ Rudolf ในสหรัฐอเมริกา Nikon และ Canon ในญี่ปุ่น และ SusiMicro ในเยอรมนี

ดังที่กล่าวมาข้างต้น พื้นฐานของอุตสาหกรรมชิปคือวัสดุ นั่นคือ การทำให้ซิลิคอนบริสุทธิ์ หากปราศจากความเชี่ยวชาญในเทคโนโลยีการทำให้ซิลิคอนบริสุทธิ์ ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะผลิตซิลิคอนผลึกที่มีความบริสุทธิ์ระดับชิป และเป็นไปไม่ได้ที่จะผลิตชิปได้

นอกจากนี้ บนชิปยังมีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์หลายแสนล้านชิ้น วงจรขนาดใหญ่เช่นนี้ไม่สามารถวาดด้วยมือได้ ต้องใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบอัตโนมัติทางอิเล็กทรอนิกส์ (EDA) EDA เป็นการประยุกต์ใช้ศาสตร์หลายแขนงอย่างครอบคลุม และถูกผูกขาดโดยบริษัทอเมริกันสามแห่ง ได้แก่ Kadant, Synopsys และ Mentor Graphics

EDA มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการผลิตชิป ฟังก์ชันและการรวมส่วนประกอบต่างๆ ของชิปขึ้นอยู่กับความสามารถในการออกแบบของ EDA อย่างสมบูรณ์ แม้จะมีซิลิคอนบริสุทธิ์สูงและเครื่องพิมพ์ภาพด้วยแสง แต่หากขาด EDA หรือไม่รู้วิธีใช้ EDA ก็ไม่สามารถสร้างชิปได้

ข้อสงวนสิทธิ์: บทความนี้คัดลอกมาจาก "IoT IQ" บทความนี้เป็นเพียงความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนเท่านั้น และไม่ได้แสดงถึงความคิดเห็นของ Sacco Micro และอุตสาหกรรม การนำไปเผยแพร่ซ้ำและการแบ่งปันมีวัตถุประสงค์เพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปเผยแพร่ซ้ำ หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น