科普了芯片製作，介紹了脈寬可調納秒激光器和SmartPrint無掩膜光刻機兩(liang) 款国产欧美在线
你知道一個(ge) 芯片是怎樣設計出來的麽(me) ？你又知道設計出來的芯片是怎麽(me) 生產(chan) 出來的麽(me) ？看完這篇文章你就有大概的了解。
一、複雜繁瑣的芯片設計流程
芯片製造的過程就如同用樂(le) 高積木蓋房子一樣，先有要有白色底板作為(wei) 地基：
這些白色的底板部分在芯片製作中對應著的東(dong) 西稱之為(wei) 晶圓。
再層層往上蓋一些其它積木，就可以搭出我們(men) 心中的樂(le) 高（ IC芯片）。
可以類比樂(le) 高玩具的製作，我們(men) 首先想到的是樂(le) 高玩具的建模軟件，和零件製作模具。因此，IC芯片的設計者、也會(hui) 有一些軟件輔助規劃，也有相關(guan) 的專(zhuan) 門技術負責製作芯片的零件。然而，工程師們(men) 在設計一顆 IC 芯片時，究竟有那些步驟？設計流程可以簡單分成如下。
現在知名的芯片大廠有聯發科、高通、Intel 等，他們(men) 會(hui) 提供不同規格、效能的IC芯片給下遊廠商選擇。
第一步：設備選型及購買(mai) 。
1、光刻機。2、單晶爐。3、晶圓劃片機。4、晶片剪薄機。5、氣相外延爐 5、氧化爐 6、低壓化學氣相澱積係統 8、等離子體(ti) 增強化學氣相沉積係統 9、磁控濺射台 10、化學機械研磨機 11、引線鍵合機 12、探針測試台 等等。
第二步：規格設定。
造多大？有什麽(me) 規範嗎？比如無線網卡的芯片就需要符合 IEEE
802.11 等規範，不然，這芯片將無法和市麵上的国产欧美在线相容。好比你造的樂(le) 高零件，凸口太大太小，沒辦法和別的廠商的樂(le) 高零件拚在一起一樣。然後就是決(jue) 定有幾間臥室、衛生間這樣的事。我們(men) 的IC芯片計劃性能怎麽(me) 樣？需要“入廁應急”功能強大，就要分配點廁所單元，相應的也要多配置點“馬桶”。每個(ge) 衛生間的馬桶放在哪也要布局，廁所門位置、對應房間內(nei) 的走廊，就是芯片裏各單元結的連接方法。
我們(men) 需要先借助硬件描述語言（HDL）將芯片的功能描寫(xie) 出來。常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等，藉由程式碼便可輕易地將一顆 IC的功能表達出來。再由相應軟件將電路功能轉變為(wei) 實際的電路規劃圖。幸運的是，這一切隨著計算機電子技術的積累，已經非常自動化了。
這一步生成的是平麵電路，可能非常巨大。而我們(men) 的芯片往往是很小的。所以我們(men) 需要把電路折疊，術語稱之為(wei) “繞線”。
這一步借由一套EDA-TOOL 完成。不同顏色代表不同“光罩”，就是不同的材料層。他們(men) 使得“上下”層電路獨立，互不幹擾，實際是揉成了立體(ti) 的電路--積體(ti) 電路，會(hui) 更複雜。用的典型材料是cmos -互補式金屬氧化物半導體(ti) 。
第三步：製作晶圓
什麽(me) 是晶圓？晶圓（wafer），簡單來講就是矽Si，是製造各式電腦芯片的基礎。在固體(ti) 材料中，有一種特殊的晶體(ti) 結構──單晶（Monocrystalline）。它具有原子一個(ge) 接著一個(ge) 緊密排列在一起的特性，可以形成一個(ge) 平整的原子表層。然而，該如何產(chan) 生這樣的材料呢，主要有二個(ge) 步驟，分別為(wei) 純化以及拉晶，之後便能完成這樣的材料。純化分成兩(liang) 個(ge) 階段，第一步是冶金級純化，此一過程主要是加入碳，以氧化還原的方式，將氧化矽轉換成 98%以上純度的矽。但是，98%對於(yu) 芯片製造來說依舊不夠，仍需要進一步提升。因此，將再進一步采用西門子製程（Siemens process）作純化，如此，將獲得半導體(ti) 製程所需的高純度多晶矽。
二、矽柱製造流程
接著，就是拉晶的步驟。首先，將前麵所獲得的高純度多晶矽融化，形成液態的矽。之後，以單晶的矽種（seed）和液體(ti) 表麵接觸，一邊旋轉一邊緩慢的向上拉起。至於(yu) 為(wei) 何需要單晶的矽種，是因為(wei) 矽原子排列就和人排隊一樣，會(hui) 需要排頭讓後來的人該如何正確的排列，矽種便是重要的排頭，讓後來的原子知道該如何排隊。最後，待離開液麵的矽原子凝固後，排列整齊的單晶矽柱便完成了。
然而，8寸、12寸又代表什麽(me) 東(dong) 西呢？他指的是我們(men) 產(chan) 生的晶柱，長得像鉛筆筆桿的部分，表麵經過處理並切成薄圓片後的直徑。至於(yu) 製造大尺寸晶圓又有什麽(me) 難度呢？如前麵所說，晶柱的製作過程就像是在做棉花糖一樣，一邊旋轉一邊成型。有製作過棉花糖的話，應該都知道要做出大而且紮實的棉花糖是相當困難的，而拉晶的過程也是一樣，旋轉拉起的速度以及溫度的控製都會(hui) 影響到晶柱的品質。也因此，尺寸愈大時，拉晶對速度與(yu) 溫度的要求就更高，因此要做出高品質12 寸晶圓的難度就比 8 寸晶圓還來得高。
隻是，一整條的矽柱並無法做成芯片製造的基板，為(wei) 了產(chan) 生一片一片的矽晶圓，接著需要以鑽石刀將矽晶柱橫向切成圓片，圓片再經
由拋光便可形成芯片製造所需的矽晶圓。經過這麽(me) 多步驟，芯片基板的製造便大功告成，下一步便是堆疊房子的步驟，也就是芯片製造。至於(yu) 該如何製作芯片呢？
三、層層堆疊打造的芯片
在介紹過矽晶圓是什麽(me) 東(dong) 西後，同時，也知道製造 IC 芯片就像是用樂(le) 高積木蓋房子一樣，藉由一層又一層的堆疊，創造自己所期望的造型。然而，蓋房子有相當多的步驟，IC 製造也是一樣，製造 IC 究竟有哪些步驟？下麵將對 IC 芯片製造的流程做介紹。
在開始前，我們(men) 要先認識 IC 芯片是什麽(me) 。IC，全名積體(ti) 電路（Integrated Circuit），由它的命名可知它是將設計好的電路，以堆疊的方式組合起來。藉由這個(ge) 方法，我們(men) 可以減少連接電路時所需耗費的麵積。下圖為(wei) IC電路的 3D 圖，從(cong) 圖中可以看出它的結構就像房子的樑和柱，一層一層堆疊，這也就是為(wei) 何會(hui) 將 IC 製造比擬成蓋房子。
▲ IC 芯片的 3D 剖麵圖
從(cong) 上圖中 IC 芯片的 3D 剖麵圖來看，底部深藍色的部分就是上一篇介紹的晶圓，從(cong) 這張圖可以更明確的知道，晶圓基板在芯片中扮演的角色是何等重要。至於(yu) 紅色以及土黃色的部分，則是於(yu) IC 製作時要完成的地方。
首先，在這裏可以將紅色的部分比擬成高樓中的一樓大廳。一樓大廳，是一棟房子的門戶，出入都由這裡，在掌握交通下通常會(hui) 有較多的機能性。因此，和其他樓層相比，在興(xing) 建時會(hui) 比較複雜，需要較多的步驟。在IC 電路中，這個(ge) 大廳就是邏輯閘層，它是整顆 IC 中最重要的部分，藉由將多種邏輯閘組合在一起，完成功能齊全的 IC 芯片。黃色的部分，則像是一般的樓層。和一樓相比，不會(hui) 有太複雜的構造，而且每層樓在興(xing) 建時也不會(hui) 有太多變化。這一層的目的，是將紅色部分的邏輯閘相連在一起。之所以需要這麽(me) 多層，是因為(wei) 有太多線路要連結在一起，在單層無法容納所有的線路下，就要多疊幾層來達成這個(ge) 目標了。在這之中，不同層的線路會(hui) 上下相連以滿足接線的需求。
知道 IC的構造後，接下來要介紹該如何製作。試想一下，如果要以油漆噴罐做精細作圖時，我們(men) 需先割出圖形的遮蓋板，蓋在紙上。接著再將油漆均勻地噴在紙上，待油漆幹後，再將遮板拿開。不斷的重複這個(ge) 步驟後，便可完成整齊且複雜的圖形。製造IC 就是以類似的方式，藉由遮蓋的方式一層一層的堆疊起來。
製作 IC 時，可以簡單分成以上 4 種步驟。雖然實際製造時，製造的步驟會(hui) 有差異，使用的材料也有所不同，但是大體(ti) 上皆采用類似的原理。這個(ge) 流程和油漆作畫有些許不同，IC 製造是先塗料再加做遮蓋，油漆作畫則是先遮蓋再作畫。以下將介紹各流程。
金屬濺鍍：將欲使用的金屬材料均勻灑在晶圓片上，形成一薄膜。
塗布光阻：先將光阻材料放在晶圓片上，透過光罩，將光束打在不要的部分上，破壞光阻材料結構。接著，再以化學藥劑將被破壞的材料洗去。
蝕刻技術：將沒有受光阻保護的矽晶圓，以離子束蝕刻。
光阻去除：使用去光阻液皆剩下的光阻溶解掉，如此便完成一次流程。
整個(ge) 流程利用光刻機實現。昊量光電提供的DMD無掩膜光刻機SMART PRINT UV是一種基於(yu) DMD投影技術的無掩模光刻設備，可兼容多種電阻和基片。SMART PRINT UV可以生產(chan) 任何微米分辨率的二維形狀，而不需要硬掩模。基於(yu) 改進後的標準投影技術，投影出具有微米分辨率的圖像。
DMD無掩模光刻機
最後便會(hui) 在一整片晶圓上完成很多 IC 芯片，接下來隻要將完成的方形 IC 芯片剪下，便可送到封裝廠做封裝。
最後，對產(chan) 生的芯片質量檢測可利用該款国产欧美在线進行操作。
脈寬可調納秒激光器（芯片缺陷檢測用）
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