? ? 隨著全球缺芯問題的持續，越來越多的圈外人也開始關心起半導體的發展現狀。心靈手巧（發現新財路）的小伙伴們已經開始尋思著能不能自己做點芯片出來用用。這不，前段時間在社交媒體上有一位美國小哥Sam Zeloof（點擊查看）在自家車庫里做芯片的新聞刷遍了蔡司君的朋友圈。而且，這位Sam小哥的芯片已經出到了第二代，其迭代速度已經超過了摩爾定律！
? ? 除了感嘆小哥高超的動手能力，對能夠擁有一車庫的裝備蔡司君也表示實名羨慕。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”（見左下圖）。
? ? ▲ 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，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。
所謂的光刻機，就是現代芯片大規模生產中用于將設計好的圖形，通過光刻這一手段批量轉移到晶圓表面的設備（點擊查看）。光刻機可謂是人類工業文明皇冠上的鉆石，因此普遍價格不菲，特別是高端的EUV光刻機售價可能高達上億元。 ? ? 01 ? ? 難道不是腰纏萬貫就沒法做芯片？其實，用顯微鏡改造的光刻機也是小規模光刻的好幫手。比如這位來自Pomona College的物理教授David Tanenbauma，他的團隊很早就嘗試了投影儀和顯微鏡的組合。這樣的設計避免了光掩模（photo mask）的制作和使用，只需在電腦里畫出圖形就可以在襯底上進行無光掩模（maskless）的光刻。
? ? ▲ 圖（a）為裝置示意圖，包括了電腦（L），投影儀（P），顯微鏡（M），相機（C），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。圖（d）為結果示例，一個直徑只有500微米的笑臉。參考文獻：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，比如一個來自University of Bayreuth的團隊，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，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。
? ? ▲ 圖（a）和（b）分別為系統的俯視照片和示意圖。圖（c）為合成的DNA陣列的熒光成像。其中每一個方塊的長度為14微米，其熒光強度代表了目標DNA的濃度。參考文獻：Rev. Sci. Instrum. 2006, 77, 063711.
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? ? 對于追求自由度的玩家，這里有另外一個方案可以參考。來自慶北大學的Young-Gu Ju教授運用手頭的光學元件和3D打印的固件組裝了一套光刻系統。光掩模的部分他選擇使用高分辨率的液晶屏代替，同樣獲得了不錯的效果。
? ? ▲ 圖（a）和（b）分別為系統的示意圖和照片。圖（c）系統工作時打開紫外LED光源的照片。參考文獻：Eur. J. Phys. 2020, 41, 055301.
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? ? 如果覺得以上的改裝還是太復雜，也可以利用現成的顯微鏡來做光刻。來自哈佛大學的George Whitesides教授就是利用實驗室的一臺現成的光鏡，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），就完成了一次光刻。
? ? ▲ 圖（a）為系統示意圖。圖（b）為光學顯微鏡下的光掩模照片。圖（c）為通過光刻系統曝光和顯影之后的光刻膠的圖形。我們可以看到在該系統中，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，反映出該系統的加工極限在0.6微米左右。參考文獻：Langmuir, 2001, 17, 6005-6012.
? ? 看到這里，蔡司君也和您一樣躍躍欲試，馬上去某寶上買了一瓶3D打印用的光敏樹脂來測試。在這里先放出一點點結果，我們會在后續的顯微鏡光刻系列文章中分析影響光刻質量的各種因素及選擇光學元件的技巧。
? ? ▲ 圖（a）為測試使用的光掩模。圖（b）為光刻之后的光敏樹脂的三維形貌圖。
? ? ?無錫靈恩機電設備有限公司是蔡司工業測量代理，主要經營蔡司三坐標、蔡司顯微鏡、3D掃描儀以及蔡司工業CT等。熱線：4009699806.
