芯片的诞生

首先光刻的大致流程是，一个晶圆（wafer）（通常直径为300mm）上涂一层光刻胶，然后光线经过一个已经刻有电路图案（pattern）的掩膜版（maskorreticle）照射到晶圆上，晶圆上的光刻胶部分感光（对应有图案的部分），接着做后续的溶解光刻胶、蚀刻晶圆等处理。然后再涂一层光刻胶，重复上述步骤几十次，以达到所需要求。

简化结构请看下图。掩膜版和晶圆各自安装在一个运动平台上（reticlestageandwaferstage）。光刻时，两者运动到规定的位置，光源打开。光线通过掩膜版后，经过透镜，该透镜能够将电路图案缩小至原来的四分之一，然后投射到晶圆上，使光刻胶部分感光。

一块晶圆上有很多die，每一个die上都刻有相同的电路图案，即一块晶圆可以出产很多芯片。一个die典型的尺寸是26×32mm。

光刻机主要有两种，一种叫做stepper，即掩膜版和晶圆上的某一个die运动到位后，光源开、闭，完成一次光刻，然后晶圆运动使得下一个die到位，再进行一次光刻，依此类推。

而另一种光刻机叫做scanner，即光线被限制在一条缝的区域内，光刻时，掩膜版和晶圆同时运动，使光线以扫描的方式扫过一个die的区域，从而将电路图案刻在晶圆上（见下图（b））。

scanner比stepper的优势在于，可以提供更大的die的尺寸。其原因在于，对于一个固定尺寸的圆透镜，比如直径32mm的圆（指投射后的区域大小），其允许透过的光线的区域尺寸是受限的。

若采用stepper的step-and-expose方式进行光刻，一个die的区域必须能被包含在直径32mm的圆中，因此能获得的最大的die的尺寸为22×22mm；若采用scanner的step-and-scan方式，透镜能够提供的矩形区域长度可以到26mm（26×8mm）甚至更长，将光缝设置为这个尺寸，使用扫描的方式便可以获得26×Lmm的区域（L为扫描长度）。区域示意见下图（a）。同样的透镜在stepper下可以实现更大区域的意义在于，当你需要生产尺寸较大的芯片的时候，换一个更大的透镜的费用是昂贵的。

Scanner的step-and-scan过程的示意图如下：

为了使每层的电路相互之间不发生干涉，需要对上下平台进行精密运动控制。扫描时上下平台应处于匀速运动阶段。目前最小的层叠误差小于2nm（单个机器内）或3nm（不同机器间）。

光源的波长一般为365、248、193、157甚至13.5nm（EUV，ExtremeUltraviolet）。因为光刻过程受到衍射限制，光源波长越小，能够做出的芯片尺寸就越小。

在透镜和晶圆之间加入折射率大于1的液体（如水），可以减小光线波长，从而提高NA（数值孔径）和分辨率。这种光刻机叫浸润式（immersion）光刻机。

世界上做高端光刻机的厂家主要有ASML、Nikon和Canon。佳能大概已经不行了。Nikon每年开个会叫做LithoVision。#集成电路# #芯片# #半导体# #芯片失效分析#