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揭示芯片岗位分工,光刻巨头ASML线上入职体验

热度 10已有 1053 次阅读| 2023-12-26 11:37 |系统分类:芯片设计


从芯片设计到芯片制造



芯片产业链很长且环环相扣,每一个环节都需要不同的工程师角色分工协作。很多人以为芯片工程师就是单纯搞芯片的工程师,殊不知这其中可能要分十几个岗位。芯片产业链环节上大致划分为芯片设计、芯片制造和芯片封测等环节。


芯片设计岗位大致可以分为架构师、前端设计、功能验证、可测性设计、中后端设计、模拟前端设计和模拟版图设计等工程师。芯片封测岗位主要包括封装工程师和测试工程师。芯片制造岗位大致可以分为设备工程师、工艺工程师、工艺整合工程师、良率工程师和质量工程师。


同学们可能平时接触和关注较多是芯片设计的环节和岗位,但实际上芯片制造才是芯片产业链的核心环节;因为再厉害的芯片设计图纸如果没有先进的制造工艺,那也只能望洋兴叹。


说到芯片制造,那就不得不提到光刻工艺。光刻是芯片制造工艺中的核心步骤,该步骤利用曝光和显影在光刻胶层上刻画几何图形结构,然后通过刻蚀工艺将光掩模上的图形转移到衬底上,从而在衬底制造出一个个的器件。





芯片制造流程



芯片制造一般要经历晶圆加工、氧化、光刻、刻蚀、薄膜沉积、互连、测试和封装等八个步骤和总共几百道工序。其中光刻是芯片制造的核心环节,光刻又分为涂覆光刻胶、曝光和显影三个步骤。


在晶圆上绘制电路的第一步是在氧化层上涂覆光刻胶。光刻胶通过改变化学性质的方式让晶圆成为“相纸”。晶圆表面的光刻胶层越薄,涂覆越均匀,可以印刷的图形就越精细。这个步骤可以采用“旋涂”方法。根据光刻光源反应性的区别,光刻胶可分为两种:正胶和负胶,前者在受光后会分解并消失,从而留下未受光区域的图形,而后者在受光后会聚合并让受光部分的图形显现出来。


在晶圆上覆盖光刻胶薄膜后,就可以通过控制光线照射来完成电路印刷,这个过程被称为“曝光”。我们可以通过曝光设备来选择性地通过光线,当光线穿过包含电路图案的掩膜时,就能将电路印制到下方涂有光刻胶薄膜的晶圆上。


曝光之后的步骤是在晶圆上喷涂显影剂,目的是去除图形未覆盖区域的光刻胶,从而让印刷好的电路图案显现出来。显影完成后需要通过各种测量设备和光学显微镜进行检查,确保电路图绘制的质量。





光刻机



光刻机主要包括光源系统、照明系统、投影物镜系统、双工件台系统、以及传输系统(光罩+晶圆)、调平调焦系统、对准系统等;同时需要极严苛的环境控制、整机控制以及整机软件分析系统。光刻扮演着定义工艺窗口的角色,分辨率和套刻精度是对工艺窗口的保证。


光刻机的分辨率表示光刻机能清晰投影最小图像的能力,是光刻机最重要的技术指标之一,决定了光刻机能够被应用于的工艺节点水平。但必须注意的是,虽然分辨率和光源波长有着密切关系,但两者并非是完全对应。


套刻精度的基本含义是指前后两道光刻工序之间彼此图形的对准精度,如果对准的偏差过大,就会直接影响产品的良率。对于高阶的光刻机,一般设备供应商就套刻精度会提供两个数值,一种是单机自身的两次套刻误差,另一种是两台设备(不同设备)间的套刻误差。





ASML光刻铁三角



ASML计算光刻、光刻机台、光学和电子束量测的铁三角合力,经济高效地提升芯片良率和生产效率。


ASML阿斯麦光刻
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ASML计算软件内置软件和模型可以精确仿真光刻过程中的物理化学过程,从而在纷繁复杂的环境中探索出最佳的光刻解决方案,对后续光刻行为进行指导。SMO和OPC是计算光刻中非常重要和典型的两大关键技术。芯片特征尺寸缩小后,工艺窗口越来越难以满足,ASML计算光刻技术可以大大增大工艺窗口,有效助力高端工艺芯片成功量产。


光刻机台就是将芯片制造所需的电路图案投射到晶圆上。在中国每一台ASML光刻机一年曝光的晶圆数量接近200万片,他们连在一起相当于五条黄浦江那么长,他们叠加起来高度相当于三座东方明珠塔那么高。


芯片制造过程中难免出现误差,此时高精度量测工具可以承担品控师的角色,ASML电子束量测可以助力发现单个芯片上的极其细微的错误,ASML电子束量测具有高分辨率大视场的优势,可以更加精准的扫描晶圆收集数据并反馈给光刻机台,从而完成量测和检验。同时大视场的优势可以保证对单位时间内对晶圆表面的特征尺寸进行更大数据量的取样,可以更好还原芯片的制造品质。


不止于铁三角,ASML全新数字化平台中的Litho InSight凭借强大算法可以更加快速收集光刻过程中的数据进行分析并及时反馈给光刻机完成实时修正,进一步提高芯片良率。





铁三角之良率守护神



对于芯片设备供应商来说,能够制造出芯片是重要的一步,但如何能更快、更好地制造出芯片,是决定一个设备能否被产业认可的关键,这也是ASML一直所追逐的目标。不仅如此,这也是其在专注光刻机台的同时,还在同步推动计算光刻和量测技术的原因。

所谓计算光刻,也属于EDA的一部分,具体而言就是通过计算机模拟、仿真光刻中的光学和化学过程,预测晶圆上的曝光图形,在半导体制程的开发阶段提供光源优化、掩模版图形修正、缺陷的预判和修正方案分析,通过增大芯片制造工艺窗口从而提高产品良率和生产效率。

当芯片的关键尺寸小于光源波长的时候,需要复杂的掩模版,没有计算光刻很难实现这样复杂的掩模版设计。可以说,没有计算光刻就没有最先进的芯片制造。ASML在计算光刻方面聚焦于开发能准确预测芯片图形转移过程的计算光刻模型以及基于模型提供最优的光源优化和掩模版图形修正解决方案。据了解,当今的先进芯片有数十亿甚至数百亿的晶体管,所以由此产生的仿真模型的计算量很快就会已经变得非常庞大。但得益于ASML在过去积累的丰富的数据和经验,再叠加公司在机器学习工具方面的投入,ASML的计算光刻软件在面对众多问题时都能巧妙地找到解决方案。




铁三角之光刻护卫队



ASML光刻机内部模组包括照明光学模组、掩模版传达模组、晶圆传送模组、投影物镜模组、浸润式光刻模组和双晶圆平台模组。其中照明光学模组、光罩模组和晶圆模组是三大主要模组。

紫外光从光源模组(Source)生成之后,被导入到照明模组(lllumination module),在这里,要检测及控制光的能量、均匀度、以及光的形状,光穿过光罩后,聚光镜(Projection Lens)将影像聚焦成像在晶圆表面的光阻层上。


光罩模组可分为光罩传送模组(Reticle Handler)及光罩平台模组(Reticle Stage)。光罩传送模组负责将光罩由光罩盒一路传送到光罩平台模组。而光罩平台模组负责承载及快速来回移动光罩。为什么光罩要来回移动呢?ASML的光刻机成像的方式其买是扫描(scan)的方式,如同打印机一般。从照明系统打到光罩的光是条形光,所以光罩必须移动来完成扫描。


晶圆模组分为晶圆传送模组(Wafer Handler)及晶圆平台模组(Wafer Stage)。晶圆传送模组负责将晶圆由光阻涂布机一路传送到晶圆平台模组。而晶圆双平台模组负责承载晶圆及精准定位晶圆来曝光。为什么ASML要用双平台呢?在纳米的世界里,晶圆从传送模组以机械手臂放置到平台上,每次放置位置的差距都是微米级的(1000纳米)。所以在晶圆爆光之前,必须要先侦测晶圆在平合上的精确位置。双平台可以在前一片晶圆曝光的同时,对下一片晶圆进行精准量测,不需要等待。





铁三角之百万级品控师



熟悉现代芯片制造流程的读者应该知道,芯片制造商在使用光刻机生产芯片的时候,会首先让电路图像在晶圆上成像,然后借助先进的量测系统和软件来检验这些图案,以提高芯片生产的精度与良率,同时帮助客户为后续的制程开发做好准备。作为全球最大的光刻机供应商,ASML在提供这类型的产品上也有先天的优势。他们的系统正是在这个背景下诞生的。ASML主要通过两种方式检验光刻成像的质量:基于衍射的光学量测和电子束量测。其中,光学量测是基于从晶圆的反射光线的衍射效应,而电子束量测则通过观察电子与晶圆接触时的散射情况实现。

ASML的YieldStar光学量测解决方案是重要的在线晶圆量测工具,能够快速、准确地量测晶圆上的图形质量。此外,ASML电子束量测产品则可通过电子束量测和大规模量测帮助客户确定技术路线图,包括广受应用的单束检测系统,可帮助客户在数百万印制图形中定位和分析某个芯片缺陷;高分辨率电子束量测系统eP5可提供1纳米分辨率和大视场,大量量测应用场景下速度是现有技术的10倍以上;以及Multibeam多电子束系统综合利用ASML光刻机台、ASML计算光刻和ASML电子束量测的核心技术,可实现电子束分辨率以及量产检测所需的吞吐率。

由此可见,ASML并不仅仅是一家光刻机供应商,而是一个拥有“铁三角”全方位光刻解决方案的供应商,能帮助芯片制造商推动芯片微缩、提高良率和产能。




ASML在中国大陆蓬勃发展



2023年第三季度,中国大陆的销售额占ASML整体销售额的比重达到46%,中国大陆是ASML全球最大的单一市场,到2023年底ASML在中国的光刻机加上量测的机台装机量接近1400台。ASML机台生产的芯片广泛应用于生活的方方面面,描绘出一副精彩的生活全景图。




加入ASML,这里有一群相信光的人



芯片制造方向发展空间更大,当前人才需求更强,对求职者来说,对于同学们来说都是一个很大的发挥自身价值,实现职业抱负的舞台。


ASML秉持以人为本理念,为员工适配最佳职业发展方案。ASML用心成就未来,利用多元化的人才培养项目,帮助员工见证实力蜕变。


ASML是一个让同学们可以发挥的舞台!

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