杏彩体育平台app·芯片制造·从Mask开始说起

时间：2024-03-26 07:44:04 来源：杏彩体育官网app 作者：杏彩体育官网登录入口

　　芯片的制造是一个旷日持久的过程，从沙子的提纯开始，到最后的逻辑或存储芯片，涉及上千道工序，每一道都可以展开成一门系统的科学。芯片的制造工艺已有很多相关科普介绍，结合笔者的背景，本文将从光刻机的模板--光罩开始说起。

　　光刻机是芯片制造的核心设备，目前最先进的光刻机每台售价超1亿美元，有了资金还不一定能买到。对于芯片制造稍有了解的朋友都知道，设计好的集成电路图案是通过光刻机转印到晶圆上的，而光刻机上不同的图案是通过光罩来体现的。类比印钞机，光罩即相当于印钞机的模板。

　　光罩的基本结构是石英+铬。石英作为一种高透明度、低热膨胀系数的材料，适合作为光罩的基底；铬作为暗部材料，系其稳定性高，耐腐蚀。简单来说，我们把铬镀到石英上，再对铬图形化，使其成为设计的集成电路图形，即可以成为光罩，为我们源源不断的印刷芯片了。那么光罩上的铬的图形又是怎么弄上去的呢？答案是电子束曝光。

　　我们知道，光刻机的光源是激光，波长越短分辨率越高，主流的有248nm (KrF)，193nm (ArF)，最短的 EUV 可达13.5nm。在显微镜领域为了突破光学显微镜的极限分辨率，人们发明了电子显微镜，因为电子波的波长可以远低于可见光。基于电子束分辨率高的特点，可以制作电子束曝光机，目前最先进的商用电子束曝光机分辨率可达纳米级。

　　既然电子束曝光机分辨率这么高，为什么我们不直接用它来曝光晶圆呢？这里主要考虑的是效率的问题。电子束曝光采用的是一个小块一个小块扫描的方式，再逐渐拼接成我们想要的图案，花费时间很长，而采用光罩曝光，只需曝光1次，整个光罩上的图形就可以全部刻在晶圆上，效率得到了大幅度提升。

　　一般来说，Mask上的图形转印到晶圆上，会缩小到原先的1/4。主流的Mask的大小为6。Mask最怕的是灰尘颗粒，如果Mask图形上沾染了一颗灰尘而没有被及时发现，将会产生灾难性的后果。为了防止图形面沾染灰尘，Mask上会罩一层透明薄膜 (Pellicle)，即使有灰尘落上去，由于灰尘不在曝光焦平面，因此不会影响实际的曝光图形。

　　有了高端的Mask，不一定就能造出高端的芯片，但是造不出能用的Mask，是一定无法生产出好的芯片的。以上只是对Mask的基本概念做了介绍，实际应用上远不止这么简单。例如，由于光的衍射和干涉，我们需要在光罩上引入光学临近修正 (OPC) 技术和相转换 (Phase Shift) 材料，此外，EUV光刻机作为先进技术节点的关键设备，其光罩的制备也是一大挑战。在光罩的制备上同样面临高端设备、材料由国外垄断的情况，需要我们加倍努力，缩小差距。