一、光刻機是干什么用的
光(guang)刻(ke)(ke)機是(shi)用來制造(zao)芯片(pian)的(de)(de)。光(guang)刻(ke)(ke)機又(you)被稱為掩膜對準曝光(guang)機,在芯片(pian)生產(chan)中用于光(guang)刻(ke)(ke)工藝(yi),而光(guang)刻(ke)(ke)工藝(yi)又(you)是(shi)生產(chan)流(liu)程中最關(guan)鍵的(de)(de)一步(bu),所以光(guang)刻(ke)(ke)機又(you)是(shi)芯片(pian)生產(chan)中不可缺(que)少的(de)(de)設備(bei)。
光(guang)刻機(ji)決定了芯片(pian)的精密(mi)尺寸,設計師設計好芯片(pian)線(xian)路,再通過光(guang)刻機(ji)將線(xian)路刻在(zai)(zai)芯片(pian)上,其(qi)尺度通常(chang)在(zai)(zai)微米(mi)級(ji)以上。
光刻機是芯(xin)片生產中最昂(ang)貴(gui)也是技(ji)術難度最大的設備,因為其(qi)決定了一(yi)塊芯(xin)片的整(zheng)體框架與功能。
其(qi)實生(sheng)產(chan)高精(jing)度(du)芯(xin)片并不難,只是(shi)生(sheng)產(chan)速度(du)太慢(man),而光(guang)刻機能快速生(sheng)產(chan)高精(jing)度(du)的芯(xin)片,所以(yi)很重要。
二、光刻機的工作原理
利用光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)機發出(chu)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)通過具有圖形的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)罩對(dui)涂有光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠的(de)薄(bo)(bo)片(pian)(pian)(pian)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang),光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠見(jian)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)后會發生(sheng)性質變化,從而(er)使光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)罩上得(de)圖形復印到薄(bo)(bo)片(pian)(pian)(pian)上,從而(er)使薄(bo)(bo)片(pian)(pian)(pian)具有電(dian)子線路圖的(de)作用。這就是光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)的(de)作用,類似(si)照(zhao)(zhao)相機照(zhao)(zhao)相。照(zhao)(zhao)相機拍(pai)攝的(de)照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)(pian)是印在底(di)片(pian)(pian)(pian)上,而(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)刻(ke)的(de)不是照(zhao)(zhao)片(pian)(pian)(pian),而(er)是電(dian)路圖和其(qi)他電(dian)子元件。
簡(jian)單(dan)點來說,光刻機就(jiu)(jiu)是放大(da)的單(dan)反(fan),光刻機就(jiu)(jiu)是將(jiang)光罩上(shang)的設計好集(ji)成電路圖形通過光線的曝光印到光感材(cai)料上(shang),形成圖形。
三、光刻機的性能指標
光(guang)(guang)刻(ke)機的主要性能指標有:支持基(ji)片的尺寸范圍,分辨率(lv)、對準精度、曝光(guang)(guang)方式(shi)、光(guang)(guang)源波長、光(guang)(guang)強均(jun)勻(yun)性、生產效率(lv)等。
分辨(bian)率是對光(guang)(guang)(guang)(guang)刻工藝(yi)加(jia)工可(ke)以達到(dao)的(de)最(zui)細線條精度的(de)一種描述方(fang)(fang)式。光(guang)(guang)(guang)(guang)刻的(de)分辨(bian)率受(shou)受(shou)光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)衍射的(de)限制,所以與光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)、光(guang)(guang)(guang)(guang)刻系統、光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠和工藝(yi)等各(ge)方(fang)(fang)面的(de)限制。
對準精度是在(zai)多層(ceng)曝(pu)光時層(ceng)間圖(tu)案(an)的定位精度。
曝光方式(shi)分為接觸接近式(shi)、投(tou)影式(shi)和直寫式(shi)。
曝光光源波長分為紫外(wai)、深紫外(wai)和極紫外(wai)區(qu)域(yu),光源有汞(gong)燈,準分子激光器等(deng)。
四、光刻機制造需要哪些技術
光刻機的制造(zao)體系非(fei)常復雜,有兩點至關重要(yao),即(ji)精密零部(bu)件和組裝技術。
1、精密零部件
一臺(tai)光(guang)(guang)刻機(ji)的(de)制造(zao)需要(yao)數萬(wan)(wan)個(ge)(ge)精(jing)密零部(bu)件。通常(chang)來說,一臺(tai)光(guang)(guang)刻機(ji)的(de)制造(zao)需要(yao)大(da)約八萬(wan)(wan)個(ge)(ge)精(jing)密零件,而(er)目前世界上最(zui)為先進(jin)的(de)極紫外(wai)EUV光(guang)(guang)刻機(ji)所需要(yao)的(de)制造(zao)零件更是高達十萬(wan)(wan)余個(ge)(ge)。
一套完整的光刻機(ji)包括(kuo)多(duo)個組成系(xi)(xi)統,主(zhu)要包括(kuo)曝光系(xi)(xi)統、自動對準系(xi)(xi)統、整機(ji)軟(ruan)件系(xi)(xi)統等。其(qi)中,曝光系(xi)(xi)統更是包含了照明系(xi)(xi)統和投影物鏡(jing)。
在組(zu)成光(guang)科(ke)技的(de)所有核(he)心精密零件(jian)中,光(guang)學(xue)鏡頭、光(guang)學(xue)光(guang)源、雙工作臺又可(ke)以說是核(he)心中的(de)核(he)心。
擁有高數值孔徑的光學鏡頭是決定光刻機的分辨率和閾值誤差能力。而分辨率和套值誤差能力對于一臺品牌光刻機具有(you)至關重要(yao)的重要(yao)性。而世(shi)界上最為先進的EUV極(ji)紫外(wai)光刻(ke)機唯(wei)一可以(yi)使用的鏡頭就(jiu)是由(you)蔡(cai)司公司生產的鏡頭。
光(guang)刻(ke)機的(de)(de)光(guang)學光(guang)源(yuan)(yuan)所包含(han)的(de)(de)光(guang)源(yuan)(yuan)波(bo)長(chang)是決定(ding)(ding)光(guang)刻(ke)機工業能力的(de)(de)重要部分。需(xu)要特(te)別(bie)注意(yi)的(de)(de)是,光(guang)刻(ke)機所需(xu)要的(de)(de)光(guang)源(yuan)(yuan),必須(xu)具(ju)備體積小、功率高以及穩定(ding)(ding)的(de)(de)幾(ji)個特(te)點。
比如說極紫外(wai)EUV光(guang)刻機(ji)所使用(yong)的光(guang)源(yuan)波長是僅僅只有13.5納米的極紫外(wai)光(guang),其所使用(yong)的光(guang)學系(xi)統(tong)極為(wei)復雜(za)。
光(guang)刻機中(zhong)(zhong)所需要的工作臺系能(neng)(neng)夠影(ying)響光(guang)刻機運(yun)行(xing)過程中(zhong)(zhong)的精度(du)和產效,含有的綜合技術難度(du)非常高。因為這種工作臺中(zhong)(zhong)具有承載(zai)硅片來能(neng)(neng)夠完(wan)成光(guang)刻機運(yun)行(xing)過程中(zhong)(zhong)的一(yi)系列超精密的運(yun)動系統,其中(zhong)(zhong)包括上下片、對(dui)準、景(jing)圓面型(xing)測量、曝(pu)光(guang)等等。
2、組裝技術
一臺光刻(ke)機不僅需要精密的零件,這些零件的組裝技(ji)術也至關重要。
當(dang)所(suo)有零(ling)件(jian)都準(zhun)備就緒之后,接(jie)下來(lai)的(de)(de)組裝過(guo)程將直接(jie)影響一(yi)個(ge)光刻(ke)(ke)機的(de)(de)運行效能。現在(zai)光刻(ke)(ke)機主(zhu)要生產(chan)商(shang)荷蘭ASML公(gong)(gong)司(si)(中文譯(yi)名:阿斯麥爾(er))的(de)(de)生產(chan)過(guo)程從本(ben)質(zhi)上(shang)(shang)來(lai)說更(geng)像(xiang)是一(yi)個(ge)零(ling)件(jian)組裝公(gong)(gong)司(si),因(yin)為ASML公(gong)(gong)司(si)生產(chan)光刻(ke)(ke)機所(suo)需要的(de)(de)將近90%的(de)(de)部件(jian)是從世界(jie)各地采購,其在(zai)世界(jie)上(shang)(shang)擁有超過(guo)五千家(jia)供應(ying)商(shang)。
換(huan)句話說,ASML公司之所以(yi)能(neng)夠在光刻(ke)機制造技術(shu)上(shang)(shang)打敗尼康以(yi)及佳能(neng)等其(qi)他(ta)光刻(ke)機生產對(dui)手,從而在全球光刻(ke)機制造和銷(xiao)售市場上(shang)(shang)占據領(ling)先地位,一個(ge)重要(yao)原因就是強大(da)的組裝技術(shu)。
一家強大(da)的(de)光(guang)刻機組裝企業(ye)需(xu)要具有各(ge)(ge)種嫻熟的(de)技術(shu)工人和各(ge)(ge)種組裝方(fang)面的(de)知識產權,從而能(neng)夠(gou)清(qing)楚明白各(ge)(ge)種精(jing)密元件如何(he)組裝,進而通過他們嫻熟的(de)操作和系統的(de)知識來快速和精(jing)確的(de)制(zhi)造一臺光(guang)刻機。
我國(guo)目前在光刻(ke)機的技(ji)術方面(mian),經過近二十(shi)年(nian)的關鍵技(ji)術攻克,已經取得長足發展。
從光(guang)(guang)刻機(ji)雙工作(zuo)臺來說(shuo),中(zhong)國華卓精(jing)科(ke)與清華團隊生產聯(lian)合(he)研制的(de)(de)雙工作(zuo)臺已經打(da)破ASML的(de)(de)技術壟斷(duan),至于光(guang)(guang)刻機(ji)的(de)(de)同步光(guang)(guang)源設備和光(guang)(guang)學鏡(jing)頭的(de)(de)技術也在哈工大(da)等全國知名科(ke)研機(ji)構的(de)(de)潛(qian)心研究(jiu)中(zhong)獲得了迅猛發展。
可(ke)以說,目前我國人才、資源、資金(jin)等各個方面都已具(ju)備,未(wei)來我們擁有屬(shu)于自己的(de)光刻機只是時間問題,未(wei)來前景可(ke)期!