ASML科普：芯片的制造流程
2021-05-30
14:00:59
来源: 半导体行业观察
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源：本文来源于【ASML阿斯麦光刻】，谢谢。
作为半导体行业的创新领导者，1984年以来，ASML的光刻解决方案已经在微小的世界中实现了巨大的飞跃。我们的技术通过硬件、软件相结合，提供不断创造行业新高的整合解决方案。
101将为大家系统地梳理ASML的光刻解决方案是如何助力半导体行业的合作伙伴一同推进产业发展的。
上一讲，我们介绍了什么是芯片。小小的芯片却有无穷的“能量”。它到底是怎么产生的呢？本期“101”，我们将带你一起体验芯片的制造过程。
制造芯片需要在晶圆片上不断累加图案，这些图案纵向连接，可达100多层。
芯片的制造包含数百个步骤，从设计到量产可能需要四个月的时间。在晶圆厂的无尘室里，珍贵的晶圆片通过机械设备不断传送，整个过程中，空气质量和温度都受到严格控制。
沉积：制造芯片的第一步，通常是将材料薄膜沉积到晶圆上。材料可以是导体、绝缘体或半导体。
光刻胶涂覆：进行光刻前，首先要在晶圆上涂覆光敏材料“光刻胶”或“光阻”，然后将晶圆放入光刻机。
曝光：在掩模版上制作需要印刷的图案蓝图。晶圆放入光刻机后，光束会通过掩模版投射到晶圆上。光刻机内的光学元件将图案缩小并聚焦到光刻胶涂层上。在光束的照射下，光刻胶发生化学反应，光罩上的图案由此印刻到光刻胶涂层。
计算光刻：光刻期间产生的物理、化学效应可能造成图案形变，因此需要事先对掩模版上的图案进行调整，确保最终光刻图案的准确。ASML将现有光刻数据及圆晶测试数据整合，制作算法模型，精确调整图案。
烘烤与显影：晶圆离开光刻机后，要进行烘烤及显影，使光刻的图案永久固定。洗去多余光刻胶，部分涂层留出空白部分。
刻蚀：显影完成后，使用气体等材料去除多余的空白部分，形成3D电路图案。
计量和检验：芯片生产过程中，始终对晶圆进行计量和检验，确保没有误差。检测结果反馈至光刻系统，进一步优化、调整设备。
离子注入：在去除剩余的光刻胶之前，可以用正离子或负离子轰击晶圆，对部分图案的半导体特性进行调整。
视需要重复制程步驟：从薄膜沉积到去除光刻胶，整个流程为晶圆片覆盖上一层图案。而要在晶圆片上形成集成电路，完成芯片制作，这一流程需要不断重复，可多达100次。
封装芯片：最后一步，切割晶圆，获得单个芯片，封装在保护壳中。这样，成品芯片就可以用来生产电视、平板电脑或者其他数字设备了！
正如上文提到的“视需要重复制程步骤”，现代芯片的结构可多达100层，需要以纳米级的精度相互叠加，这精度又称为“套刻精度”。芯片上光刻的各层图案大小不一，这意味着，光刻各层图案需要用到不同设备。ASML的DUV深紫外线光刻机有数种不同的机种，适合最小图案的关键性光刻需求以及普通图案的正常光刻。
要知道，无论灰尘或异物如何微小，一旦落到晶圆上，都会损坏芯片。何况现代芯片有些需要经历几十甚至上百层的制程，如何保证芯片生产的良率，晶圆厂的清洁度至关重要。
比我们日常生活的空间要干净10,000倍左右！大多数芯片制造商的 “ISO 1级”无尘室都能做到几乎“零粉尘”，具体来说，在每立方米空气中，100到200纳米的颗粒不超过10个，且没有大于200纳米的颗粒。相比之下，一家干净的现代医院里，每立方米空气中含有粉尘颗粒约10,000个，这差距可不是一点点。
无尘室内的空气不断过滤、循环。员工需要穿着特殊的工作服（又称“兔子服”），维持零粉尘的工作环境。
ASML的光刻机工厂位于荷兰菲尔德霍芬，ASML的设备也都产自无尘室。
IDMs是指同时设计并制造芯片，代表企业包括英特尔和三星。Foundries则是根据合同为其他公司制造芯片，代表企业包括台积电、格芯和联电。而Fabless自身不设晶圆厂，如高通、英伟达和超微半导体。他们专注芯片设计，不涉及生产设施建设和维护，从而避免高昂的成本。这些公司可能将生产外包给代工厂。
*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。
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