深入探讨有关光刻机的知识

这些数字其实意味着：相关芯片制程工艺的具体数值是产品性能关键的指标。

就在上周有关芯片制程工艺的文章发表一周之内，有许多的读者都向我询问有关芯片制程的知识。

要知道：在芯片制造过程中，光刻机是其中必不可少的一种设备。

在本文中，我们将带领大家一同深入探讨有关光刻机的知识。

在讲解光刻机之前，我们先一起来解读一下一条今年较为火热的新闻：

在虎年首个工作日，上海微电子装备（集团）股份有限公司（以下简称“上海微电子”）的一则消息轰动了中国半导体圈。

2月7日，该公司举行首台2.5D/3D先进封装光刻机发运仪式，标志着中国首台2.5D/3D先进封装光刻机正式交付客户。

特别的点：我们常说的先进制程工艺的芯片，是指生产工艺小于28nm，即28\14\7\5\3nm制程的芯片。

那么，此次上海微电子举行首台2.5D/3D先进封装光刻机发运仪式，是否就意味着我国的芯片制程工艺将要打破国际芯片先进制程工艺封锁了呢？

答案是：并不能这样说。

这是因为：

当今半导体芯片产业链大致可以分为：上游端设计、中游端制造、下游端封测三大环节：

整个半导体芯片产业链中IC制造被誉为是最复杂、也是最为关键的工艺步骤。

光刻机主要作用为将掩膜版上的芯片电路转移到硅片，又是IC制造最核心环节。

作为半导体芯片产业链关键中的关键，光刻机又可以分为以下三类：

一是主要用于生产芯片的光刻机，二是用于封装的光刻机，三是用于LED制造领域的投影光刻机。

业界通常把集成电路/芯片的制造称为前道工艺，封装称为后道工艺；

所以制造芯片用光刻机也被称为前道光刻机，封装用光刻机则被称为后道光刻机。

当问到什么是后道光刻机，我们却回答得支支吾吾了起来。

想要了解什么是后道光刻机，我们首先要知道后道光刻机的作用主要体现在：

为了提高半导体芯片的性能，不仅在半导体制造的前道工序中实现电路的微细化十分重要；

在后道工序中的高密度封装也备受瞩目，为实现高性能的先进封装，需要精细的重布线；

而，半导体光刻机就成为了后道工艺中进行RDL（重布线工艺）的关键利器。

RDL图示

关于光刻机在RDL中的实际作用，我们可以理解为：

RDL采用线宽和间距（line/space；L/S，也称为特诊尺寸，CD）来度量，线宽和间距分别是指金属布线的宽度和它们之间的距离；

它实际上是在原本的晶圆上又加了一层或几层，先在衬底上沉积一层铜种子层，再在该结构上涂布一层光刻胶，然后利用光刻设备将其图案化。

最后，电镀系统将铜金属化层沉积其中，形成最终的RDL。

随着光刻机在RDL中的应用，通过RDL形成的金属布线的CD也会越来越小，从而提供更高的互连密度。

我们将后道光刻机与前道光刻机进行比较，或许更加容易理解：

不管是前道光刻机还是后道光刻机，其主要作用是通过包含器件结构信息的图形化掩膜版及光刻胶，在半导体材料表面形成一定形状的器件结构。

但是，前道光刻机和后道光刻机虽然都是光刻机，但工艺、用途不一样；

前者主要用于器件成型，后者主要做金属电极接触。

回到上海微电子举行首台2.5D/3D先进封装光刻机的发布，我们值得一提的是：

上海微电子这款先进的封装光刻机对准的是新的市场需求，高性能计算和AI芯片是行业的热门赛道。

其公司官网显示：

上海微电子此前已推出了两款用于IC后道制造的500系列先进封装光刻机，都适用于200毫米（8英寸）/300毫米（12英寸）的晶圆，而7纳米、5纳米等先进制程都使用的是12英寸晶圆。

换句话说，上海微电子的后道光刻机可以用于先进制程芯片的封装。

早在2011年，台积电萌生进军半导体封装领域的想法，而后晶圆级封装技术CoWoS和InFO相继被开发出来；

在沿用16nm逻辑工艺前提下包揽了苹果A10处理器的所有代工订单，实现了40%的性能提升，延长了iPhone待机时间。

台积电独吞苹果订单的关键利器——CoWoS技术

这也标志着基于硅中介层的2.5D先进封装技术逐渐走向半导体制造前沿，此后代工厂、ODM甚至基板厂商等产业链玩家都纷纷加入这条延续摩尔定律的赛道；

无论是2.5D/3D结构设计、新材料、制造工艺和高带宽海量数据应用，先进封装都为半导体研究与发展打开了一扇大门。

这也将业界的目光重新聚焦在了先进封装上。

不可否认的是，2.5D/3D等先进封装技术在一定程度上，已成为超越摩尔定律的关键赛道。

为何当今半导体行业将先进封装技术提升到与制程微缩同等重要？

用通俗的话来说：

首先：在于它能进一步提高芯片的集成度并且降低芯片制造的成本；

其次：与一头冲追逐先进制程不同，它暂时还不涉及到去突破量子隧穿效应等物理极限问题；

没有了这些难啃的硬骨头，先进封装技术看起来有良好的发展前景。

如何有效提高我国芯片/半导体行业技术水平，从而推动产业化应用，实现半导体行业的弯道超车？

当下我们可以预见的是：

虽然，现在我们大多数人仍将目光聚焦于利用光刻技术来推进芯片的尺寸微缩。

但驱动芯片行业继续往前走的第二车道：设计与工艺协同优化，以及系统与工艺协同优化的阶段已经显现。

那么，先进封装或将成为下一次芯片产业洗牌的开端，中国本土的高端芯片的种子也必将在其中萌发。

这将有可能成为未来十年间国内本土科技的新目标。