微影（黃光）是什麼？晶片的圖案怎麼「印」上去

微影（photolithography）就是用光，把晶片的電路圖案「印」到晶圓上的步驟。台灣的晶圓廠口語叫它黃光，中國大陸多叫「光刻」，說的都是同一件事。做法很像以前在暗房洗照片：先在晶圓上塗一層怕光的膜，隔著一張畫著電路的「底片」照光，再把照到（或沒照到）的部分洗掉，圖案就留下來了。晶片上每一條線、每一個開關的位置，都是這樣一層一層印出來的。

為什麼要用「印」的？

一顆手機晶片上有上百億個開關，最細的線比頭髮細上千倍。這種東西不可能一條一條畫，只能整塊一起做出來，而且每一片晶圓都要做得一模一樣。

光剛好做得到。就像拍照，快門一按，整個畫面一次就留在底片上。英文的 lithography 原本是「石版印刷」（litho 是希臘文的「石頭」），前面加上 photo（光），意思就是「用光來印」。

要準備哪三樣東西？

• 光阻：一層怕光的膜，照到光的地方性質會變，就像底片上的感光層。
• 光罩：曝光用的「底片」。一片很平的玻璃（多半是石英），上面有一層擋光的薄膜，畫成電路的形狀：有膜的地方擋光，沒膜的地方透光。晶片的每一層，各用自己的光罩。
• 曝光機：讓光穿過光罩、照到晶圓上的機台。

光阻怕的是藍光和紫外光，所以做這件事的那一區，燈是黃的。為什麼是黃色，寫在「黃光區為什麼是黃色的？」，這裡不重講。

微影的步驟是什麼？

1. 塗光阻：在晶圓中心滴一點光阻，讓晶圓高速旋轉，多的甩出去，剩下薄薄一層、很均勻，大約一微米或更薄，比頭髮細幾十倍以上。塗完先烤一下，把裡面的溶劑趕走，膜才穩。
2. 曝光：曝光機讓光穿過光罩照下來。透光的地方，光照到光阻，光阻就變了；擋光的地方不變。這時候還看不出圖案，就像拍完還沒洗的底片。
3. 顯影：先在熱板上再烤一下（曝光後烘烤），讓光阻裡的反應做完；再用藥水沖洗。有一種光阻是照到光的地方被洗掉，另一種剛好相反，照到的才留下。留在晶圓上的光阻，就是圖案。這一步叫顯影。
4. 檢查：量一量線印得多寬（線寬）、跟下面那一層對得準不準、有沒有缺陷。
5. 交給蝕刻：光阻蓋住的地方被保護起來，沒蓋住的地方，由蝕刻把材料刻掉。刻完，剩下的光阻去掉，這一層的圖案就真的做進晶圓裡了。蝕刻在做什麼，可以讀「晶圓廠七個製程區各在做什麼？」。

塗光阻、烘烤、顯影，通常在同一台塗佈顯影機裡做。它跟曝光機接在一起，晶圓在兩台之間自己來回。

曝光機怎麼印？像縮小版的蓋印章

光罩上的圖案，通常畫成實際的四倍大。曝光機用一組鏡頭把它縮小，投到晶圓上，所以光罩上的小誤差，也跟著縮小。

曝光機一次只印一小格，叫一個曝光區，大約兩、三公分見方，裡面可能是一顆或好幾顆晶片。印完一格，晶圓移一下，再印下一格，就像拿同一個印章，在紙上一格一格蓋滿。

也因為是同一個「印章」，光罩上只要有一個髒點，每一格的同一個位置都會印出同一個點，一片晶圓上很多顆晶片可能一起壞。所以光罩要定期檢查，上面還貼著一層透明的保護膜：灰塵落在膜上，離圖案有幾毫米遠，對不到焦，多半不會被印出來。

為什麼要一層一層重複幾十次？

晶片不是一次做好的，比較像蓋大樓：最底下是電晶體，也就是開關；上面是一層一層的金屬導線，把開關接起來，像樓層裡的管線。開關是怎麼回事，可以讀「電晶體是什麼？」。

每一層的形狀都不一樣，所以每一層都要先長一層材料、用黃光印上這一層的圖案、再照著刻。簡單的晶片十層上下，複雜的要幾十層，每一層用自己的光罩。一片晶圓在做完之前，會回到黃光區幾十次。

每一層都要對準：什麼是疊對？

想像彩色印刷：每一種顏色各印一次，只要有一次印歪了，顏色就跑到框框外面。晶片更嚴格：上面那一層的導線，要剛好接到下面那一層的開關；偏一點點，該接的接不上，不該碰的碰在一起。

這一層跟下面那一層對得準不準，叫疊對。曝光之前，曝光機會先找晶圓上前幾層留下的對準記號，算出整片偏了多少、轉了多少，再決定每一格要印在哪。允許偏掉的距離，只有電路裡最細的線的幾分之一。每一批印完都會量疊對；量到偏了，就調整曝光機，讓下一批補回來。

能印多細，看什麼？

主要看光的波長。可以把光想成一支筆：波長越短，筆尖越細，畫得出越細的線。所以幾十年來，曝光用的光一路往短的換：從藍紫光、紫外光，到現在常見的深紫外光，波長 193 奈米。再加上更好的鏡頭和各種技巧，可以印出只有幾十奈米寬的線。

最先進的是極紫外光，波長只有 13.5 奈米，連空氣都會把它吸掉，那是另一種很不一樣的機器，之後另外寫。新聞上的「幾奈米」是什麼意思，可以讀「新聞說的「2 奈米」」。

印錯了，可以重來嗎？

可以，這是黃光跟其他步驟最不一樣的地方。顯影之後，圖案還只在光阻上，下面的材料一點都沒動。這時候量到線寬不對、疊對超出規格，或看到缺陷，就把光阻整層去掉，重新塗、重新曝光、重新顯影，這叫重工。

一旦進了蝕刻，材料被刻掉了，就回不去了。所以黃光後面那一道量測，是整條線最重要的關卡之一。重工也有代價：晶圓要多跑一趟、多等好幾個小時。

在 fab24hr 裡

在 fab24hr，按「進廠」、選「打工人的一天」，再按「換個位子」，就能選黃光的位子。當黃光工程師（量產廠 › 製程 › 黃光），早班有一批晶圓的疊對超出規格，下一站就是蝕刻，要決定重工還是照跑；午班，塗佈顯影機保養完，出來的晶圓線寬一邊寬一邊窄，要挑出哪幾片重工；晚班，顯影後檢查傳來一張圖，每一格的同一個位置都有同一個點：是光罩。要停下曝光機換一片，還是先標記、讓今晚的貨跑完？

同一區還有黃光設備工程師，半夜曝光機找不到對準記號，停了；光罩工程師顧廠裡的光罩：收貨、檢查、保護膜、送洗；研發線的黃光研發製程工程師，替新的一層找出曝光的焦距（焦點對在哪）和劑量（光照多少）。這幾個位子都標著 Beta。遊戲裡的公司、人物、機台編號和數字都是虛構的；微影在做什麼、為什麼要對準、為什麼能重工，照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。