多年以后,當(dāng)每一個(gè)ICer站在職業(yè)生涯的路口,將會(huì)想起2023這一載入半導(dǎo)體行業(yè)史冊(cè)的一年?!安脝T”、“降薪”、“解散”成了今年的主旋律,而過(guò)去幾年隨著芯片設(shè)計(jì)從業(yè)者的快速增加,內(nèi)卷似乎也越來(lái)越嚴(yán)重。
當(dāng)芯片行業(yè)的種種亂象接踵而至?xí)r,我們也應(yīng)該仔細(xì)審視,到底什么才是這個(gè)行業(yè)真正需要的?到底什么才是有價(jià)值的?IC設(shè)計(jì)是不是畢業(yè)生唯一的出路?想逃離內(nèi)卷,我還能在芯片行業(yè)挖掘到哪些新的職業(yè)機(jī)會(huì)?
機(jī)會(huì)就在芯片制造中??v觀整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈,芯片是我國(guó)最為薄弱的一環(huán)。芯片制造環(huán)節(jié)紛繁復(fù)雜,有大大小小上千道工序,相關(guān)的職位也有很多種,或許有些人會(huì)說(shuō),制造中的崗位大多薪資低、加班多、環(huán)境差,誠(chéng)然對(duì)一些制造的職位來(lái)說(shuō),沒(méi)錯(cuò),但也有一些崗位,不僅薪資nice,還更容易獲得職業(yè)價(jià)值感,這些職位就來(lái)自于芯片制造的核心步驟——光刻。
芯片制造主要可以分為八個(gè)大步驟,而光刻是整個(gè)制造過(guò)程中最核心的一步。
光刻前要在晶圓上均勻地涂上光刻膠(Photoresist),光刻膠通常采用旋涂的方式,即邊旋轉(zhuǎn)、邊涂抹,保證光刻膠的均勻性。
將涂好光刻膠的晶圓放入光刻機(jī)中,光刻機(jī)的光源發(fā)出的深紫外(DUV)或極紫外(EUV)光透過(guò)掩模版(也稱作光罩),將掩模版上的電路結(jié)構(gòu)圖案縮小并聚焦到光刻膠圖層上。光刻膠在受光后,受光區(qū)域會(huì)發(fā)生化學(xué)變化,掩模版上的電路圖形就會(huì)被刻到光刻膠圖層上,此步驟稱為曝光,如下圖所示。曝光之后的步驟是烘烤和顯影,目的是去除圖形未覆蓋區(qū)域的光刻膠,從而讓印制好的電路圖案顯現(xiàn)出來(lái),永久固定。
以上只是傳統(tǒng)理解上的光刻,而光刻的概念不止于此,比如ASML的全景光刻解決方案,整合計(jì)算光刻、光刻機(jī)臺(tái)、光學(xué)和電子束量測(cè),以鐵三角的無(wú)間合力,幫助芯片制造商經(jīng)濟(jì)高效地提升良品率和生產(chǎn)效率。
所謂計(jì)算光刻,就是利用數(shù)學(xué)、建模、仿真、數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化等手段,在晶圓進(jìn)入正式曝光之前,預(yù)測(cè)并矯正光刻制造過(guò)程中的納米級(jí)芯片設(shè)計(jì)問(wèn)題、掩模缺陷、制造缺陷等難題。光源掩模協(xié)同優(yōu)化(Source Mask Optimization, SMO)和光學(xué)臨近效應(yīng)校正(Optical Proximity Correction, OPC)便是計(jì)算光刻中兩大關(guān)鍵技術(shù),它們?nèi)诤狭怂惴ā?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/AI/">AI、數(shù)學(xué)物理模型等技術(shù),可以對(duì)關(guān)鍵圖形和易缺陷圖形做成像增強(qiáng),增大工藝窗口,光刻更加精確,使制造工藝進(jìn)一步提升成為可能,有效延續(xù)摩爾定律。
以上關(guān)于計(jì)算光刻的介紹,是不是破除大家對(duì)制造的誤解?在計(jì)算光刻中的背后是需要算法工程師、軟件研發(fā)工程師、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師的付出,而設(shè)計(jì)架構(gòu)如此復(fù)雜的大型軟件,難度也是可想而知,需要工程師不斷地學(xué)習(xí)、積累經(jīng)驗(yàn),掌握大量的編程技能及前沿知識(shí)才能完成的。職業(yè)生涯的發(fā)展上限自然也很高!
ASML光刻技術(shù)的發(fā)展不是一蹴而就的,在荷蘭這樣一個(gè)盛產(chǎn)風(fēng)車和郁金香的國(guó)家,成立初期只有三十幾個(gè)人的ASML是如何崛起的?這一切,要從半導(dǎo)體發(fā)展的三個(gè)歷史階段說(shuō)起。
第一個(gè)階段是二十世紀(jì)六七十年代,也就是光刻機(jī)發(fā)展的早期階段,在集成電路發(fā)明之初,光刻工藝還在微米級(jí)別,工藝步驟也比現(xiàn)在簡(jiǎn)單很多。況且光刻機(jī)的基本原理像皮影戲一樣簡(jiǎn)單,即把光源發(fā)出的光透過(guò)掩模版,再把掩膜版上的電路印在涂有光刻膠的晶圓上 。
第二個(gè)階段是二十世紀(jì)九十年代,光刻機(jī)的光源波長(zhǎng)一度被卡死在193納米,摩爾定律也因此遇到了危機(jī),這是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的一大難關(guān)。天才科學(xué)家林本堅(jiān)在透鏡和硅片之間加一層水或者其他折射率合適的液體,原有的193納米激光經(jīng)過(guò)折射,不就可以降低到132納米了嗎?!在當(dāng)時(shí)很多光刻機(jī)大廠不愿意押注林本堅(jiān)的“浸潤(rùn)式微影技術(shù)”的時(shí)候,ASML決定破釜沉舟、奮力一搏。僅用一年時(shí)間,在2004年ASML就拼全力趕出了第一臺(tái)光刻機(jī)樣機(jī),并先后奪下IBM和臺(tái)積電等大客戶的訂單,在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)彎道超車。
第三個(gè)階段是千禧年前后開(kāi)始的,1997年,美國(guó)能源部和英特爾牽頭成立了EUV LLC(Extreme Ultra Violet Limited Liability Company)聯(lián)盟,在ASML加入后的幾年時(shí)間里,EUV LLC聯(lián)盟在EUV光刻技術(shù)研究進(jìn)展迅速。2010年,ASML將第一臺(tái)EUV光刻原型機(jī)——NXE:3100運(yùn)送給韓國(guó)三星的研究機(jī)構(gòu)作為研究設(shè)備,標(biāo)志著光刻技術(shù)新紀(jì)元的開(kāi)始。而如今,在全景光刻、計(jì)算光刻技術(shù)的加持下,光刻技術(shù)更是邁上了一個(gè)新的臺(tái)階!
如今,ASML作為行業(yè)的引領(lǐng)者,更是從未停止在光刻技術(shù)上的探索。ASML的全景光刻,是集成了精密硬件——掃描式光刻機(jī)、計(jì)算光刻、光學(xué)和電子束測(cè)量的鐵三角,鐵三角可以有效的提升工藝窗口,幫助客戶制造工藝更先進(jìn)的芯片,同時(shí)縮短交付的時(shí)間。其中光學(xué)和電子束測(cè)量工具,則是全景光刻的品控師,電子束量測(cè)可以發(fā)現(xiàn)單個(gè)芯片上極其細(xì)微的制造缺陷,收集相關(guān)數(shù)據(jù),并反饋至光刻機(jī)臺(tái),完成量測(cè)和檢驗(yàn)。
從技術(shù)角度看,ASML鐵三角從多維度全方位拓展了“光刻”這一看似單一的概念,實(shí)現(xiàn)更加完整的光刻一體化解決方案。
在中國(guó),每一臺(tái)ASML光刻機(jī),一年所曝光的晶圓片數(shù)量平均近200萬(wàn)片,當(dāng)它們連在一起,長(zhǎng)度相當(dāng)于5條黃浦江,而它們疊加起來(lái),高度相當(dāng)于3座東方明珠塔。我們手機(jī)、電腦中的先進(jìn)工藝制程的芯片,幾乎都是用ASML光刻機(jī)制造的,雖然ASML光刻機(jī)離普通人很遙遠(yuǎn),但又和每一個(gè)人息息相關(guān)。
如果有一次和工業(yè)皇冠上的明珠——光刻機(jī)朝夕相處的機(jī)會(huì),如果愿意接受摩爾定律的挑戰(zhàn),如果想加入芯片行業(yè)成為先鋒,那么光刻相關(guān)的職位則是上佳之選。除此之外,更長(zhǎng)的職業(yè)發(fā)展路徑,工作和生活的平衡,創(chuàng)新并與全球的團(tuán)隊(duì)合作,這里通通都有!
選擇ASML,做一個(gè)眼里有光的人。