PCEVA,PC绝对领域,探寻真正的电脑知识
开启左侧

Asuka小讲座之六:光刻技术简介

  [复制链接]
Asuka 发表于 2012-5-13 11:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
点击数:15274|回复数:25
本帖最后由 Asuka 于 2012-5-16 19:24 编辑

    额,大家还记得我吗?算了,直接进入正题吧!(喂!)
    之前呢,Asuka的同学(基友?!)heren3精准把握了Asuka的节奏,替Asuka讲了半导体制造的步骤,真是帮了大忙,让我顺利站上了他受弱的肩膀(喂!),所以今天的主题就是photolithography(光刻技术,以下简做lithography)。为啥呢?因为这步是真的把电路设计图从抽象带到具体的过程,也可以看做是半导体生产最关键的一个步骤之一,不是说别的步骤不重要哦!不妨这样看,lithography基本上是推广摩尔定律 (more Moore)的最关键工艺。摩尔定律的要求是,一段时间,芯片中晶体管密度加倍,在目前这个平面IC的时代,要求的就是单个晶体管占据的面积减半,也就是说,长宽尺寸就以√2⁄2的倍率微缩下去,差不多就是0.7倍,135, 95, 65, 45,大家可以算算,差不太多。这个被称作Critical Dimension,也就是CD,不过,和第一集小讲堂中的CD意义稍微不同,这个CD又做minimum feature size (最小特征尺寸),就设计的目标来说,其实是希望CD是HP (Half Pitch)的两倍,也就是线宽和线间距一样,不过目前的制造工艺,线宽都比线间距小很多,所以,无论是哪代Intel的CPU,32 nm也好22 nm也好,其实都是指线宽,比线间距要小很多。

    我们还是先来看lithography这个词怎么解读吧!在希腊文中,”litho”意为”stone”(惊现石大,我擦,boss就是给力!),”graph”意为”write”,所以lithography就是石大写的(弥天大雾!),好吧,大概我能想到的一个概念是“石板印刷术”,仔细想来,好像是有印刷电路这么个说法,的确,就原理来说,和印刷术差不多,都是以一份模板,做出多份拷贝的工艺。而今天我们要讲的是photolithography,加了photo,又会联想到照相机,也就是一种光学的印刷术。所以,photolithography为什么被称作光刻技术,其实完全体现在了这个单词里面。因此,单纯用lithography来简写,其实是有疏漏的,因为 lithography其实还可以有很多其他的手段,比如压印等等。

    别说,早年的IC还真的是压印出来的呢!但是,压印这种手段是接触式的,压多了难免磨损原版,对于大量生产而言,成本就不免会增加,所以,才有了photolithography这种非接触式的加工办法,反正用光也能刻,杀鸡何必用牛刀,时间是把杀猪刀嘛(这是啥)!那么,这个“印刷”的动作是怎么实现的呢?光刻技术,用光做刀,那么只要通过控制光的有无,就可以控制这把刀来雕刻出电路了,大家不妨这样想象,在你家的玻璃上,贴上一条条的电工胶带,贴出一个电路,然后,用手电筒打一道光过去,你就会发现后面会投影出来你贴出来的电路,原理非常简单。而这张挡光的东西,就叫做mask,翻译就是马赛克(大雾),好吧,就是掩膜。


    但实际操作起来就不那么容易咯!我们来看一个反相器,
  
然后这个反相器如果要做出来,要几张mask呢?

那么多张!我勒个去,你妹啊~!好吧,做一个反相器要那么多张,整个IC也就是差不多张,mask都是密密麻麻的,有密集恐惧症请回避。可重复使用,也不会磨损,多环保呀~!不过,整个IC到mask这一阶段,其实已经面目全非,所以,能设计电路和能制造mask完全就是两码事了,对于NVIDIA、AMD与TSMC、Global Foundries这种设计制造分离的代工模式,在从电路设计到mask制造之间就难免存在,比Intel这种自己有Foundry,所以只需要设计生产两个部分沟通就可以了,更大的隔阂。一般而言,这是属于制造部门应该解决的问题,一直以来也正是这么分工的,毕竟,做IC设计的不知道如何制造,但是,这个mask设计优化的工作,却更加是IC设计者的专长,而非制造者。所以这两端矛盾经常有哦,比如,TSMC的28 nm工艺,AMD觉得挺好,NVIDIA却一直叫苦,你说这是TSMC的工艺问题吗?不尽然吧!之前有消息泄露说,NVIDIA的Kepler似乎存在所谓“设计缺陷”,目前正在重新制作mask。我觉得这消息还真挺有道理,哪怕是编的,我们来看看为啥。

    首先的首先,企业界最最最关心的,钱!我要说,做mask很贵哦!mask相当于这个IC的模板,先有模板再有大量生产,所以mask必须精心雕琢,且必须从无到有,从一个实心材料雕刻出来,这就不是靠光就可以做的了,而且,这个先有鸡和先有蛋的逻辑,大家得自己悟,我用说的都觉得蛋疼。那么,制造mask是用什么的呢?电子束,eBeam,但是为啥大量生产没有用eBeam,而要用光呢?因为eBeam现在仍然面临严峻的产量问题,试想,光照照电路就曝光出来,和你真的一笔一划去画,哪个更快,毋庸置疑。所以,这部分工时很长,因而价格非常昂贵。然后呢,lithography我们的刀是光,但因为我们必须利用光的波动性(在整个前置的光学系统中)去控制,因而,lithography在曝光电路的时候,这种波动性同样会影响我们的成像结果,也就是影响最后的电路,比如下图,好好一条直线变成这样都是可能。

    所以,其实很多时候,为了制造,设计者必须相应微调电路设计,以减少这些不可避免的光学瑕疵所造成的影响。所以,我的观点,AMD早年自己有Global Foundries,因而深知设计与制造共同合作的必要性,这种对于制造的了解,使他们和TSMC的合作更加默契,而NVIDIA则相对显得稚嫩了些,不能说他们没经验,只能说他们百密一疏。毋庸置疑,AMD抢占市场先机的表现还是值得拍手叫好的。

这么着已经两千字了,今天这个只能算是光刻技术的入门篇,更加深入的,且听下回分解。敬请期待,日后Asuka将带给各位的更多。呼呼,5月了呢……。


Asuka小讲堂开讲啦!之一:摩尔定律 http://bbs.pceva.com.cn/thread-40293-1-1.html
Asuka小讲座之二:CMOS性能与制程上 http://bbs.pceva.com.cn/thread-40527-1-1.html
Asuka小讲座之三:CMOS性能与制程中 http://bbs.pceva.com.cn/thread-40803-1-1.html
Asuka小讲座之四:CMOS性能与制程下 http://bbs.pceva.com.cn/thread-41263-1-1.html
Asuka小讲座之五:超线程技术通识   http://bbs.pceva.com.cn/thread-43263-1-1.html
Asuka小讲座之六:光刻技术简介     http://bbs.pceva.com.cn/thread-45031-1-1.html



本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x

评分

参与人数 4活跃度 +20 收起 理由
shenji3234 + 5 很给力!
malacca + 5 赞一个!
spartan + 5 赞助一个!
solonace + 5 神马都是浮云

查看全部评分

血牛嘎嘎 发表于 2012-5-13 13:22 | 显示全部楼层
拜读了,顶帖啊。
euv加油
赵小囧 发表于 2012-5-13 22:59 | 显示全部楼层
前排,哈哈
帮顶,看科普
左下角 发表于 2012-5-13 23:49 | 显示全部楼层
还没看过瘾 就木有了
左下角 发表于 2012-5-13 23:49 | 显示全部楼层
我的处女贴 竟然在这里败出来了
大D来了 发表于 2012-5-14 09:51 | 显示全部楼层
技术帝V5
wuzhijingshen 发表于 2012-5-14 16:40 | 显示全部楼层
六集都看过了,学习了
武英仲 发表于 2012-5-14 17:16 | 显示全部楼层
感觉还没有进入高潮啊
张建荣 发表于 2012-5-14 19:54 | 显示全部楼层


。。。。。。最喜欢看这类技术文章了。主要是说的浅显,我没文化都能看懂。


           楼主辛苦。
aican 发表于 2012-5-14 20:06 | 显示全部楼层
才勾起我的欲望,然后就突然没了
dakarr 发表于 2012-5-14 20:26 | 显示全部楼层
没有说完啊??……
k364709757 发表于 2012-5-14 20:30 | 显示全部楼层
顶顶,挺好的
z496834134 发表于 2012-5-14 20:48 | 显示全部楼层
其实那几个图片还是完完全全看不懂啊 。。 哈哈
ggxuelei 发表于 2012-5-14 23:16 | 显示全部楼层
没有前排了么?
依然给力的文章!

掩膜光刻
小猪哥 发表于 2012-5-15 20:01 | 显示全部楼层
高科技博士你哈
ljchb 发表于 2012-5-16 15:35 | 显示全部楼层
建议排下版,字的间距拉开一点,觉得太挤了,看着有点乱。
ARCTAN 发表于 2012-6-6 22:53 | 显示全部楼层
你光刻来 我刻蚀。。。
大菠萝电子 发表于 2012-6-12 17:44 | 显示全部楼层
     楼主辛苦。
阿佼家小猪 发表于 2012-7-5 10:51 | 显示全部楼层
感觉没图,没讲到实质的东西,都是书本化的理论,难以接受,但是还是赞一个,希望楼主再接再厉
wlswjy 发表于 2012-8-7 20:57 | 显示全部楼层
科普强帖,不顶不行啊
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部