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光刻板的成本有多高?

2022-04-13
随着半导体晶圆制程技术的飞速发展,半导体制造厂持续遵循摩尔定律,不断挑战更先进的制程。而谈到先进制程,很多芯片设计公司的第一反应都是光刻板很贵,动辄几十万到百万美金级别的光刻板费用,是怎么来的,这样的费用合理吗? 在解答这个问题之前,博研先带大家来看看什么是光刻板,以及光刻板是怎么制作的。
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一、什么是光刻板
 
光刻板是一种由石英为材料制成的,可以用在半导体曝光制程上的母版。 而这种从光刻板母版的图形转换到晶圆上的过程,就像印钞机工作一样。我们可以把光刻机想象成印钞机,把钞票母版的图形印到纸张上的过程,就像光刻机把芯片图形印到晶圆上一样,都需要有母版,这个母版在半导体制造上就是光刻板。 为了制造一款芯片需要几百道工序,光刻板也是不只一张的,在14nm工艺制程上,大约需要60张光刻板,7nm可能需要80张光刻板甚至更多。当然光刻板的品质要求是不同的,对于某些对精度要求很高的工序,相对应的光刻板对精度的要求时最高的,比如晶体管相关的光刻板, 而对精度要求不那么高的工艺,比如Pad(打线孔)等要求就低一些,光刻板价格也便宜一些。 先进制程对光刻板精度的要求越来越高,同时不能有缺陷,所以光刻板制造后的检查(Inspection)也很重要。
 
二、光刻板的制作过程
 
1. 制作石英基板。空白基板通常为6英寸见方,厚度为0.25英寸。它由纯熔融石英制成,通常简称为石英。基板表面必须非常平坦且无缺陷。
 
2. 沉积吸收层。在基板上是薄的吸收层,可以阻挡来自光刻机的曝光。
 
3. 沉积光刻胶层。在吸收层的顶部是一层薄的光刻胶,暴露在光刻板写入机(Mask Writer)之下。
 
4. 写入。由光刻板写入机完成,使用电子束曝光光刻胶,将芯片设计的图案数据呈现在光刻胶上。
 
5. 烘烤。烘烤曝光的光刻胶,要求在光刻板上的每个点都温度均匀。
 
6. 显影。 使用显影剂使光刻胶的图像显影,漂洗并干燥而不留下任何残留物。因为光刻胶图案在蚀刻工艺期间用作光刻板,所以该显影步骤是关键的,因为显影中的任何不均匀性将导致最终图案尺寸的不均匀性。
 
7. 蚀刻。然后将显影的光刻板放到到蚀刻机中,蚀刻机使用等离子体精确地蚀刻掉由写入和显影步骤带来的吸收剂材料。
 
8. 剥离和清洁。将蚀刻好的光刻板装入清洁机器中,清洁机器使用干等离子体或湿化学法剥离光刻胶。
 
9. 测量。测量关键尺寸(CD)和图案精度,以确保它们符合客户规格。
 
10. 检查。为了验证图案精度,将光掩模加载到Inspection机台中。如果发现缺陷,则对它们进行分类和必要的修复。

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