芯片的制造包含數百個步驟,從設計到量產可能需要四個月的時間。在晶圓廠的無塵室里,珍貴的晶圓片通過機械設備不斷傳送,整個過程中,空氣質量和溫度都受到嚴格控制。
光刻膠涂覆
進行光刻前,首先要在晶圓上涂覆光敏材料“光刻膠”或“光阻”,然后將晶圓放入光刻機。
曝光
在掩模版上制作需要印刷的圖案藍圖。晶圓放入光刻機后,光束會通過掩模版投射到晶圓上。光刻機內的光學元件將圖案縮小并聚焦到光刻膠涂層上。在光束的照射下,光刻膠發生化學反應,光罩上的圖案由此印刻到光刻膠涂層。
計算光刻
光刻期間產生的物理、化學效應可能造成圖案形變,因此需要事先對掩模版上的圖案進行調整,確保最終光刻圖案的準確。ASML將現有光刻數據及圓晶測試數據整合,制作算法模型,精確調整圖案。
烘烤與顯影
晶圓離開光刻機后,要進行烘烤及顯影,使光刻的圖案永久固定。洗去多余光刻膠,部分涂層留出空白部分。
刻蝕
顯影完成后,使用氣體等材料去除多余的空白部分,形成3D電路圖案。
計量和檢驗
芯片生產過程中,始終對晶圓進行計量和檢驗,確保沒有誤差。檢測結果反饋至光刻系統,進一步優化、調整設備
離子注入
在去除剩余的光刻膠之前,可以用正離子或負離子轟擊晶圓,對部分圖案的半導體特性進行調整。
視需要重復制程步驟
從薄膜沉積到去除光刻膠,整個流程為晶圓片覆蓋上一層圖案。而要在晶圓片上形成集成電路,完成芯片制作,這一流程需要不斷重復,可多達100次。
封裝芯片
最后一步,切割晶圓,獲得單個芯片,封裝在保護殼中。這樣,成品芯片就可以用來生產電視、平板電腦或者其他數字設備了!
迷你摩天大樓
正如上文提到的“視需要重復制程步驟”,現代芯片的結構可多達100層,需要以納米級的精度相互疊加,這精度又稱為“套刻精度”。芯片上光刻的各層圖案大小不一,這意味著,光刻各層圖案需要用到不同設備。ASML的DUV深紫外線光刻機有數種不同的機種,適合最小圖案的關鍵性光刻需求以及普通圖案的正常光刻。
多干凈才干凈?
要知道,無論灰塵或異物如何微小,一旦落到晶圓上,都會損壞芯片。何況現代芯片有些需要經歷幾十甚至上百層的制程,如何保證芯片生產的良率,晶圓廠的清潔度至關重要。
無塵室到底有多潔凈?
比我們日常生活的空間要干凈10,000倍左右!大多數芯片制造商的 “ISO 1級”無塵室都能做到幾乎“零粉塵”,具體來說,在每立方米空氣中,100到200納米的顆粒不超過10個,且沒有大于200納米的顆粒。相比之下,一家干凈的現代醫院里,每立方米空氣中含有粉塵顆粒約10,000個,這差距可不是一點點。
無塵室內的空氣不斷過濾、循環。員工需要穿著特殊的工作服(又稱“兔子服”),維持零粉塵的工作環境。ASML的光刻機工廠位于荷蘭菲爾德霍芬,ASML的設備也都產自無塵室。
各類芯片制造模式
IDMs是指同時設計并制造芯片,代表企業包括英特爾和三星。Foundries則是根據合同為其他公司制造芯片,代表企業包括臺積電、格芯和聯電。而Fabless自身不設晶圓廠,如高通、英偉達和超微半導體。他們專注芯片設計,不涉及生產設施建設和維護,從而避免高昂的成本。這些公司可能將生產外包給代工廠。
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