[经验]

光刻机是干什么用的

2020-9-2 17:38:07

17332 光刻机

　　芯片制造流程其实是多道工序将各种特性的材料打磨成形，经循环往复百次后，在晶圆上“刻”出各种电子特性的区域，最后形成数十亿个晶体管并被组合成电子元件。那光刻，整个流程中的一个重要步骤，其实并没有真的在“刻”啦，这步骤叫“微影制程”，是将光罩上具有各种电子特性的区域图即电路图形，微缩并曝光成像在晶圆上，为流程中的后续步骤在晶圆上打好蓝图。
　　聪明如你，此时一定会说：这不就是拍照咯？

　　是的！光刻机本身的原理，其实和相机非常相似，同学们可以把光刻机就想成是一台巨大的单反相机。相机的原理，是被摄物体被光线照射所反射的光线，透过相机的镜头，将影像投射并聚焦在相机的底片（感光元件）上，如此便可把被摄物体的影像复制到底片上。
　　而ASML光刻机在做的光刻，我们称之为微影制程，原理是将高能雷射光穿过光罩（reticle），将光罩上的电路图形透过聚光镜（projectionlens），将影像缩小十六分之一后成像（影像复制）在预涂光阻层的晶员（wafer）上。
　　对比相机和光刻机，被拍摄的物体就等同于微影制程中的光罩，聚光镜就是单反镜头，而底片（感光元件）就是预涂光阻层的晶圆。

　　是的，光刻机和单反相机是相似，但两者的复杂和精密度是完全不可同日而语的。否则坊间哪来的“ASML的光刻机比氢弹更难搞”呢？
　　光刻机之精密
　　我们是不知道ASML光刻机有没有比氢弹更难搞，但是它真的很难搞。举个简单的例子，我们在拍照的时候，时而追求所谓的背景虚化效果。这种虚化效果可以突显拍摄主体，使得照片更有质感。这种在对焦点前后相对清晰的影像范围，我们称之为景深。而镜头（光圈）愈大，景深愈浅。
　　光刻机的要求则反过来，我们要确保影像要绝对清晰，就要将对焦点落在光阻上，并且确保光阻绝对不可落到景深范围之外。那ASML的光刻机景深有多大呢？
　　所以我们就是要把光阻移到这个100nm的范围之内，是不是有点不明觉厉？但实际上比这个还要复杂。晶圆表面看似平坦，但从微观的角度来看，晶圆表面是高低不平的，有如重庆那起起伏伏的街道。若累加晶圆平台的高低差，在晶圆表面不同位置的光阻高度可以差距到500~1，000nm。所以不是一次对焦就完成了，在晶圆曝光的过程中，每个单元影像曝光不到0.15秒，在这极短的时间内，晶圆平台仍须及时的调整高度，以确保光阻区不落到景深之外，而这高度的调整完全是纳米等级的。这全靠ASML精准量测及精密控制的完美集成。