光刻机工作原理详解

历史前言：

Photolithography 光刻概述

为什么lithography（光刻）这么重要呢？

光刻技术的整体介绍

大规模集成电路对光刻技术的要求

光刻的整个过程：

Photoresist 光刻胶

曝光结束

历史前言：

为什么俄罗斯的进展非常不顺利呢？

因为俄罗斯的芯片技术，信息技术被锁死，最好的芯片加工能力大概是65nm，在这个前提下，西方就动用一切先进的侦察手段，使得战场对乌克兰透明，由此可以看出技术的发展是衡量一个国家的实力的重要标志

华为地反制裁的措施？

麒麟芯片作为世界上最好的芯片之一，生产不出来，华为投资一家芯片企业在深圳，初步实现28nm,这可以说是华为存活的必由之路，如果三两年之内可以实现芯片量产，那么等他库存的芯片耗完以后，就很难生存下来

现在硅的Wafer一般都在8英寸以上，一般使用的是12英寸，相当于25厘米左右，这样的一个Wafer，然后我们还需要进行IC design，再后面做成一个mask（我们后面会详细讲）

此幅图展现了在IC Fab里的加工过程，所有的线都会汇集到光刻这一过程

整个IC的加工，就是这些工序的一个循环，里面包括金属化，抛光，绝缘沉积，刻蚀，粒子注入，热处理等很多工序，最后测试，封装，检测，应用

光刻是其中一个最核心的步骤

Photolithography 光刻概述

最关键的就是图形化的能力，难的是在微纳米尺度下图形化的能力

流程：

1. spin the photoresist onto the wafer

把光刻机旋涂在晶圆的表面

2. The resist is then selectively exposed by shining light through a mask which contains the pattern information for the particular being fabricated.

选择性的曝光（用一个散光灯，一般用紫外线，mask称为掩模版，包含了图案的信息）

3.The resist is then developed which completes the pattern transfer from the mask to the wafer.

然后我们再进行显影的一个过程，图案就从mask显影到了wafer上

为什么lithography（光刻）这么重要呢？

Lithography transforms complex circuit diagrams into pattern which are define on the wafer in a succession of exposure and processing steps to form a number of superimposed layers of insulator, conductor, and semiconductors materials.

可以把集成电路的图案转移到Wafer上，通过曝光，显影，那么可以形成一些不同的层，绝缘层，导电层，半导体层，它就是一层一层把这些图案叠加起来，而且都是图案化的

Typically 8-25 lithography steps and several hundred processing steps between exposure are required to fabricate a packed IC

对于一个IC 电路来说，至少需要8~25，甚至几十，上百次的曝光过程，才可以真正做一个IC，不是说一次做完，并且要完全保证可靠性和可重复性

里面涉及一个很重要的良率的概念

The minimum feature size i. e., the minimum line width or line to line separation that can be printed on the surface, control the number of circuits that can be placed on the chip and has a direct impact on circuit speed. The evolution of IC is therefore closely linked to the evolution of lithographic tools.

曝光决定了最小的特征尺寸，你能做的最小的线宽，线与线之间的距离，如果你能做的越小，那么芯片上可以安放的晶体管的数量也就越多，也就意味着功耗越低，速度越快

这也是过去支撑的摩尔定律，摩尔定律也就是一直在向前发展，密度翻一番，成本下降一半

所以IC的演变是和光刻技术密不可分的