芯片制造的10大關鍵工藝

來源：機械前沿

引領機械前沿、機械視頻，汽車、加工技術、3D打印、自動化、機器人、生產工藝、軸承、模具、機床、鈑金等行業前沿在這里等你

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。

制造芯片需要在晶圓片上不斷累加圖案，這些圖案縱向連接，可達100多層。

芯片制造的關鍵工藝（10大步驟）

沉積

制造芯片的第一步，通常是將材料薄膜沉積到晶圓上。材料可以是導體、絕緣體或半導體。

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。

芯片是如何制造出來的，最后我們一起來聽聽Scott Middlebrooks的解說。

來源：ASML