蔡司顯微鏡：悄悄告訴你，顯微鏡也可以作光刻機(jī)！
隨著全球缺芯問題的持續(xù)淳蔼，越來越多的圈外人也開始關(guān)心起半導(dǎo)體的發(fā)展現(xiàn)狀。心靈手巧（發(fā)現(xiàn)新財(cái)路）的小伙伴們已經(jīng)開始尋思著能不能自己做點(diǎn)芯片出來用用裁眯。這不鹉梨，前段時(shí)間在社交媒體上有一位美國小哥Sam Zeloof（點(diǎn)擊查看）在自家車庫里做芯片的新聞刷遍了蔡司君的朋友圈。而且穿稳，這位Sam小哥的芯片已經(jīng)出到了第二代存皂，其迭代速度已經(jīng)超過了摩爾定律！
除了感嘆小哥高超的動(dòng)手能力逢艘，對能夠擁有一車庫的裝備蔡司君也表示實(shí)名羨慕旦袋。其中，蔡司君※感興趣的就是他用顯微鏡和投影儀搭建的“光刻機(jī)”（見左下圖）它改。
▲ 左圖：利用二手顯微鏡加投影儀搭建的“Mark VI”亞微米級光刻機(jī)吭辛，還搭載了小哥自己打造的2英寸晶圓臺。右圖：Sam Zeloof放出的一代及二代放大器芯片以及與迭代速率與摩爾定律的對比驳辖。參考信息（點(diǎn)擊查看）
所謂的光刻機(jī)，就是現(xiàn)代芯片大規(guī)模生產(chǎn)中用于將設(shè)計(jì)好的圖形属缚，通過光刻這一手段批量轉(zhuǎn)移到晶圓表面的設(shè)備（點(diǎn)擊查看）体咽。光刻機(jī)可謂是人類工業(yè)文明皇冠上的鉆石，因此普遍價(jià)格不菲隧鸠，特別是高端的EUV光刻機(jī)售價(jià)可能高達(dá)上億元飒迅。
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難道不是腰纏萬貫就沒法做芯片？其實(shí)懊玖，用顯微鏡改造的光刻機(jī)也是小規(guī)模光刻的好幫手泌弧。比如這位來自Pomona College的物理教授David Tanenbauma，他的團(tuán)隊(duì)很早就嘗試了投影儀和顯微鏡的組合力鹰。這樣的設(shè)計(jì)避免了光掩模（photo mask）的制作和使用翻框，只需在電腦里畫出圖形就可以在襯底上進(jìn)行無光掩模（maskless）的光刻。
▲ 圖（a）為裝置示意圖腺首，包括了電腦（L）信粮，投影儀（P），顯微鏡（M）趁啸，相機(jī)（C）强缘，和屏幕（V）。圖（b）和（c）分別是用體式顯微鏡和金相顯微鏡組成的光刻系統(tǒng)不傅。圖（d）為結(jié)果示例旅掂，一個(gè)直徑只有500微米的笑臉赏胚。參考文獻(xiàn)：Am. J. Phys. 2005, 73, 980-984.
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想在投影儀上玩出一些花樣的人還有很多，比如一個(gè)來自University of Bayreuth的團(tuán)隊(duì)商虐，他們就把DLP投影儀里的微陣列芯片（Digital Micromirror Device, DMD）直接抽離出來觉阅，作為可以直接輸入圖像信息的光源模組，通過和顯微鏡的組合來定向合成DNA陣列称龙。
▲ 圖（a）和（b）分別為系統(tǒng)的俯視照片和示意圖留拾。圖（c）為合成的DNA陣列的熒光成像。其中每一個(gè)方塊的長度為14微米鲫尊，其熒光強(qiáng)度代表了目標(biāo)DNA的濃度痴柔。參考文獻(xiàn)：Rev. Sci. Instrum. 2006, 77, 063711.
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對于追求自由度的玩家，這里有另外一個(gè)方案可以參考模博。來自慶北大學(xué)的Young-Gu Ju教授運(yùn)用手頭的光學(xué)元件和3D打印的固件組裝了一套光刻系統(tǒng)溅蓖。光掩模的部分他選擇使用高分辨率的液晶屏代替，同樣獲得了不錯(cuò)的效果攘调。
▲ 圖（a）和（b）分別為系統(tǒng)的示意圖和照片剥讼。圖（c）系統(tǒng)工作時(shí)打開紫外LED光源的照片。參考文獻(xiàn)：Eur. J. Phys. 2020, 41, 055301.
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如果覺得以上的改裝還是太復(fù)雜拾哈，也可以利用現(xiàn)成的顯微鏡來做光刻乞芳。來自哈佛大學(xué)的George Whitesides教授就是利用實(shí)驗(yàn)室的一臺現(xiàn)成的光鏡，在視場光闌（field stop）的位置放上在透明紙上打印的圖案（光掩模）染痊，就完成了一次光刻细抠。
▲ 圖（a）為系統(tǒng)示意圖。圖（b）為光學(xué)顯微鏡下的光掩模照片组救。圖（c）為通過光刻系統(tǒng)曝光和顯影之后的光刻膠的圖形喧丛。我們可以看到在該系統(tǒng)中，15和10微米光掩模圖形的線寬※終都顯影為0.6微米的線寬辰车，反映出該系統(tǒng)的加工極限在0.6微米左右缔直。參考文獻(xiàn)：Langmuir, 2001, 17, 6005-6012.
看到這里，蔡司君也和您一樣躍躍欲試博其，馬上去某寶上買了一瓶3D打印用的光敏樹脂來測試套才。在這里先放出一點(diǎn)點(diǎn)結(jié)果，我們會在后續(xù)的顯微鏡光刻系列文章中分析影響光刻質(zhì)量的各種因素及選擇光學(xué)元件的技巧慕淡。
▲ 圖（a）為測試使用的光掩模霜旧。圖（b）為光刻之后的光敏樹脂的三維形貌圖。
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（荊銘挂据，謝昀 蔡司顯微鏡）
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