（03）光刻——半导体电路的绘制

01、绘制精细电路的第一步

金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的革命，让我们可以在相同面积的晶圆上同时制造出更多晶体管。MOSFET体积越小，单个 MOSFET的耗电量就越少，还可以制造出更多的晶体管，让其发挥作用，可谓是一举多得。可见，制造更小的MOSFET成了关键因素，并且想制成微细的电路，第一步就是“绘制”。

我们以饼干烘培做比喻来说明一下。假设想在面饼上压出数百个“幸福之翼”形状的饼干，一个一个做显然是很费力的，那要采用什么样的方法呢？

▲ 图1: 在面饼上快速压出相同造型饼干的方法

最好的办法就是利用模具，先把面饼擀平擀宽烘培后，用饼干模具（印章）压出想要的形状来。这样一来，一次压出100个饼干也不会太吃力。

再想一想，如果想把做好的饼干卖给孩子们，就得把饼干做得更小，那要怎么办？当然，饼干模具就要变得更小。本篇文章的主角就是相当于“饼干模具”的“光刻机”。半导体制造与饼干烘培的最大区别在于，MOSFET越小，在相同面积的晶圆上，就可以制造出越多的MOSFET，这也就越受客户的青睐。两个小的MOSFET远比一个大的MOSFET更实用。

半导体的制造其实就是不断重复上述工艺。继续以做饼干为例，如果糕点师想给“幸福之翼”饼干上色，要怎么办？

▲ 图2: 给“幸福之翼”饼干上色的顺序

▲ 图3: 如果能成批向数十个饼干喷涂色素，速度就会更快。

图2和3揭示了快速做出更多饼干的方法：先在面饼上压出许多造型相同的饼干，然后遮盖不想上色的部位，再向整个面饼喷涂色素。这样就可以轻松快速地做出特定造型和颜色的饼干了。说到这里，也许善于思考的读者就要发问：这么多的双翼内侧黑色遮盖物（见图3），要怎么制作？下面我们会说到这一点，这其实就是光刻工艺的核心。

饼干只有面饼和色素（红色、橘黄色）两层，但半导体结构却复杂得多，由数十层堆叠组成：包括电子元件层还有层层堆叠的金属布线层等。这也是我们说光刻是半导体制程关键工艺的原因。

02、模具的制作过程：光刻工艺

半导体制造商把上面我们所说的制作饼干模具（遮盖物）的过程叫做光刻工艺。光刻工艺的第一步就是涂覆光刻胶&#