细说光刻技术

关于光刻的书籍
书名:《IC Fabrication Technology》By BOSE
IT制造技术
细说一下光刻.
小于头发丝直径的操作会很困难,
所以光刻(比如说100nm)是怎么做的呢?
比如说我们要做一个100nm的门电路(90nm technology),
那么实际上是这样的:

这层掩膜是第一层,
大概10倍左右的Die Size(核心尺寸)有两种方法制作:
Emulsion Mask (乳胶掩膜)和 Metal MaskEmulsion Mask

★ Emulsion Mask

这货分辨率可以达到 2000line / mm
其实挺差劲的…
所以sub-micron(次微米) ,
也即um(微米)级别以下的 VLSI(超大规模集成电路)不用…
VLSI=Very Large Scale Integration

制作方法:
首先:
需要在Rubylith上面刻出一个比想要的掩膜大个20倍的形状
(大概是真正制作尺寸的200倍)
这个形状就可以用激光什么的刻出来
只需要微米级别的刻度

然后:
给它照相!

相片就是Emulsion Mask(乳胶掩膜)!
如果要拍的”照片”太大,
也有分区域照的方法.

★ Metal MaskEmulsion Mask

制作过程:
先做一个Emulsion Mask,
然后用Emulsion Mask以及
我之前提到的17-18步做Metal Mask!
瞬间有种Recursion(递归)的感觉有没有!

Electron beam(电子束):
大概长这样

制作的时候移动的是底下那层.
电子束不移动.
就像打印机一样把底下打一遍.
好处是精度特别高,
目前大多数高精度的(<100nm技术)都用这个掩膜.
坏处是太慢…
做好掩膜后:
Feature Size = k*lamda / NA
k一般是0.4,
跟制作过程有关;
lamda是所用光的波长;
NA是从芯片看上去,
放大镜的倍率.
以目前的技术水平,
这个公式已经变了,
因为随着Feature Size减小,
透镜的厚度也是一个问题了
Feature Size = k * lamda / NA²

所以其实掩膜可以做的比芯片大一些.
至于具体制作方法,
一般是用高精度计算机探针 + 激光直接刻板.
Photomask(掩膜) 的材料选择
一般也比硅晶片更加灵活,
可以采用很容易被激光汽化的材料进行制作.

浸没式光刻

浸没式光刻，
利用了光波在液体中波长更短这一无比简单的原理，
将摩尔定律延长了10年，
人人都受益。
光刻是芯片制造的核心步骤，
2000年左右半导体业正在研究65纳米节点，
业界主流都在使用193纳米波长的光源，
这已经是传统光学的极限。
为了制造出更小的半导体器件，
就要使用156纳米的光源，
就只能用十万美元一克的氟化钙镜头，
折算下来镜头费用是芯片价值的一千倍。
intel当年为此投入十亿美金却毫无结果，
半导体业的未来一片昏暗。
这时美国林肯国家实验室想到了一招，
把芯片浸在水里光刻！
水的折射率是1.33，
光波长在水中是145纳米，
挑战迎刃而解。
而这一办法与已有的工艺很容易兼容，
改造成本也很低，
业界立刻全盘接受。
直到十几年后的今天14纳米节点，
浸没式光刻仍然是主流方法，
工程师们用上了折射率更高的液体，
业界普遍认为10纳米工艺浸没式光刻还有生机

这个光刻的方法绝对是个黑科技一般的点!
直接把Lamda(波长)缩小了一个量级,
With no extra cost!
Food for Thought: Wikipedia
上面关于掩膜的版面给出了这样一幅图,
假设用这样的掩膜最后做出来会是什么形状呢?

于是还没有人理Food for thought…