二、IC的制造

　　想直接看芯片制造的可以直接空降至此。

　　下文中的光刻機(jī)主要指步進(jìn)式和掃描式光刻機(jī)。

　　1. 首先我們知道，光刻的大致流程是，一個(gè)晶圓（wafer）（通常直徑為300mm）上涂一層光刻膠，然后光線經(jīng)過(guò)一個(gè)已經(jīng)刻有電路圖案（pattern）的掩膜版（mask or reticle）照射到晶圓上，晶圓上的光刻膠部分感光（對(duì)應(yīng)有圖案的部分），接著做后續(xù)的溶解光刻膠、蝕刻晶圓等處理。然后再涂一層光刻膠，重復(fù)上述步驟幾十次，以達(dá)到所需要求；

　　2. 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)請(qǐng)看下圖。掩膜版和晶圓各自安裝在一個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上（reticle stage and wafer stage）。光刻時(shí)，兩者運(yùn)動(dòng)到規(guī)定的位置，光源打開(kāi)。光線通過(guò)掩膜版后，經(jīng)過(guò)透鏡，該透鏡能夠?qū)㈦娐穲D案縮小至原來(lái)的四分之一，然后投射到晶圓上，使光刻膠部分感光。

　　3. 一塊晶圓上有很多die，每一個(gè)die上都刻有相同的電路圖案，即一塊晶圓可以出產(chǎn)很多芯片。一個(gè)die典型的尺寸是26×32mm。光刻機(jī)主要有兩種，一種叫做stepper，即掩膜版和晶圓上的某一個(gè)die運(yùn)動(dòng)到位后，光源開(kāi)、閉，完成一次光刻，然后晶圓運(yùn)動(dòng)使得下一個(gè)die到位，再進(jìn)行一次光刻，依此類推。而另一種光刻機(jī)叫做scanner，即光線被限制在一條縫的區(qū)域內(nèi)，光刻時(shí)，掩膜版和晶圓同時(shí)運(yùn)動(dòng)，使光線以掃描的方式掃過(guò)一個(gè)die的區(qū)域，從而將電路圖案刻在晶圓上（見(jiàn)下圖（b））。scanner比stepper的優(yōu)勢(shì)在于，可以提供更大的die的尺寸。其原因在于，對(duì)于一個(gè)固定尺寸的圓透鏡，比如直徑32mm的圓（指投射后的區(qū)域大小），其允許透過(guò)的光線的區(qū)域尺寸是受限的。若采用stepper的step-and-expose方式進(jìn)行光刻，一個(gè)die的區(qū)域必須能被包含在直徑32mm的圓中，因此能獲得的最大的die的尺寸為22×22mm；若采用scanner的step-and-scan方式，透鏡能夠提供的矩形區(qū)域長(zhǎng)度可以到26mm（26×8mm）甚至更長(zhǎng)，將光縫設(shè)置為這個(gè)尺寸，使用掃描的方式便可以獲得26×Lmm的區(qū)域（L為掃描長(zhǎng)度）。區(qū)域示意見(jiàn)下圖（a）。同樣的透鏡在stepper下可以實(shí)現(xiàn)更大區(qū)域的意義在于，當(dāng)你需要生產(chǎn)尺寸較大的芯片的時(shí)候，換一個(gè)更大的透鏡的費(fèi)用是昂貴的。

　　4. Scanner的step-and-scan過(guò)程的示意圖如下：

　　5. 為了使每層的電路相互之間不發(fā)生干涉，需要對(duì)上下平臺(tái)進(jìn)行精密運(yùn)動(dòng)控制。掃描時(shí)上下平臺(tái)應(yīng)處于勻速運(yùn)動(dòng)階段。目前最小的層疊誤差小于2nm（單個(gè)機(jī)器內(nèi)）或3nm（不同機(jī)器間）。

　　6. 光源的波長(zhǎng)一般為365、248、193、157甚至13.5 nm（EUV， Extreme Ultraviolet）。因?yàn)楣饪踢^(guò)程受到衍射限制，光源波長(zhǎng)越小，能夠做出的芯片尺寸就越小。

　　7. 在透鏡和晶圓之間加入折射率大于1的液體（如水），可以減小光線波長(zhǎng)，從而提高NA（數(shù)值孔徑）和分辨率。這種光刻機(jī)叫浸潤(rùn)式（immersion）光刻機(jī)。

　　8. 世界上做高端光刻機(jī)的廠家主要有ASML、Nikon和Canon。佳能大概已經(jīng)不行了。Nikon每年開(kāi)個(gè)會(huì)叫做LithoVision。