一、光刻機是干什么用的
光刻(ke)機(ji)是(shi)用來制造(zao)芯(xin)片的。光刻(ke)機(ji)又被稱為(wei)掩膜對準曝(pu)光機(ji),在芯(xin)片生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)中(zhong)用于光刻(ke)工藝(yi),而光刻(ke)工藝(yi)又是(shi)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)流程(cheng)中(zhong)最關鍵的一步,所以光刻(ke)機(ji)又是(shi)芯(xin)片生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)中(zhong)不可缺少(shao)的設備。
光刻(ke)(ke)機決定了芯片(pian)的精(jing)密尺寸(cun),設計師設計好芯片(pian)線路,再通過光刻(ke)(ke)機將線路刻(ke)(ke)在芯片(pian)上(shang),其(qi)尺度通常(chang)在微(wei)米級以上(shang)。
光刻(ke)機是(shi)芯片生產中最昂貴也是(shi)技術(shu)難(nan)度最大(da)的(de)設備(bei),因為其決定了一塊(kuai)芯片的(de)整體框架與(yu)功能(neng)。
其實(shi)生產高精(jing)度(du)芯(xin)(xin)片并不難,只是生產速度(du)太慢,而(er)光刻機能快(kuai)速生產高精(jing)度(du)的(de)芯(xin)(xin)片,所以很重要。
二、光刻機的工作原理
利用光(guang)(guang)刻(ke)(ke)機發(fa)出(chu)的(de)(de)光(guang)(guang)通過具有圖(tu)形(xing)的(de)(de)光(guang)(guang)罩對(dui)涂有光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)薄片曝光(guang)(guang),光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)見光(guang)(guang)后會發(fa)生性質變化,從而使光(guang)(guang)罩上(shang)得(de)圖(tu)形(xing)復印到薄片上(shang),從而使薄片具有電子線路圖(tu)的(de)(de)作(zuo)用。這就是(shi)光(guang)(guang)刻(ke)(ke)的(de)(de)作(zuo)用,類似(si)照(zhao)相機照(zhao)相。照(zhao)相機拍攝的(de)(de)照(zhao)片是(shi)印在底片上(shang),而光(guang)(guang)刻(ke)(ke)刻(ke)(ke)的(de)(de)不是(shi)照(zhao)片,而是(shi)電路圖(tu)和其他(ta)電子元件。
簡單(dan)點來(lai)說,光(guang)(guang)刻機就是(shi)(shi)放大的(de)單(dan)反(fan),光(guang)(guang)刻機就是(shi)(shi)將光(guang)(guang)罩上的(de)設計好集成電路圖形通(tong)過光(guang)(guang)線的(de)曝光(guang)(guang)印到光(guang)(guang)感材(cai)料上,形成圖形。
三、光刻機的性能指標
光(guang)(guang)刻機的(de)主(zhu)要性(xing)能(neng)指標(biao)有:支持基(ji)片的(de)尺(chi)寸范圍,分辨率、對(dui)準精(jing)度(du)、曝光(guang)(guang)方式、光(guang)(guang)源波(bo)長、光(guang)(guang)強均勻性(xing)、生產效(xiao)率等。
分辨率(lv)(lv)是對(dui)光(guang)(guang)刻工藝加工可以(yi)(yi)達到的(de)最(zui)細線條精(jing)度的(de)一種描述方式。光(guang)(guang)刻的(de)分辨率(lv)(lv)受受光(guang)(guang)源衍射的(de)限(xian)制,所(suo)以(yi)(yi)與(yu)光(guang)(guang)源、光(guang)(guang)刻系統、光(guang)(guang)刻膠(jiao)和(he)工藝等各方面的(de)限(xian)制。
對(dui)準精度(du)是在多(duo)層(ceng)曝光(guang)時層(ceng)間圖案的定位(wei)精度(du)。
曝(pu)光(guang)方式(shi)分為接觸接近式(shi)、投(tou)影式(shi)和(he)直寫式(shi)。
曝光光源波長分為(wei)紫外(wai)(wai)、深紫外(wai)(wai)和極(ji)紫外(wai)(wai)區域,光源有汞(gong)燈,準分子(zi)激(ji)光器等。
四、光刻機制造需要哪些技術
光(guang)刻機(ji)的制(zhi)造(zao)體系非常(chang)復雜,有兩點至關重(zhong)要,即精(jing)密(mi)零部(bu)件和組(zu)裝技術。
1、精密零部件
一臺光(guang)(guang)刻機的制造需(xu)要數萬(wan)(wan)個(ge)精密零部件。通常(chang)來說,一臺光(guang)(guang)刻機的制造需(xu)要大約八萬(wan)(wan)個(ge)精密零件,而目前世(shi)界上最為先(xian)進的極紫外EUV光(guang)(guang)刻機所需(xu)要的制造零件更是高(gao)達十萬(wan)(wan)余個(ge)。
一套完整的光(guang)刻機(ji)包括多個組成(cheng)系(xi)統,主(zhu)要包括曝光(guang)系(xi)統、自(zi)動對準系(xi)統、整機(ji)軟件系(xi)統等(deng)。其(qi)中,曝光(guang)系(xi)統更(geng)是包含(han)了照明系(xi)統和(he)投影物鏡。
在組成光(guang)科技的所有核(he)心(xin)(xin)精密(mi)零件(jian)中,光(guang)學鏡頭、光(guang)學光(guang)源、雙工(gong)作臺又可以說(shuo)是核(he)心(xin)(xin)中的核(he)心(xin)(xin)。
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(de)重要(yao)性。而世界上最為先進的(de)EUV極紫外光刻機唯一(yi)可(ke)以(yi)使用的(de)鏡(jing)頭就(jiu)是由蔡司公司生產的(de)鏡(jing)頭。
光(guang)刻(ke)(ke)機的光(guang)學光(guang)源所包(bao)含的光(guang)源波長是決定光(guang)刻(ke)(ke)機工業能力的重要(yao)部(bu)分。需(xu)要(yao)特(te)別(bie)注意(yi)的是,光(guang)刻(ke)(ke)機所需(xu)要(yao)的光(guang)源,必須具備體(ti)積小、功率高以(yi)及穩定的幾(ji)個特(te)點。
比如說極(ji)紫外EUV光刻機所(suo)使用的光源波長(chang)是僅僅只有13.5納米的極(ji)紫外光,其所(suo)使用的光學系統(tong)極(ji)為復雜。
光刻(ke)機中所(suo)需(xu)要的(de)工(gong)作臺(tai)系(xi)能夠影響光刻(ke)機運(yun)行過程中的(de)精度和產效,含有(you)的(de)綜合技術難度非常(chang)高。因(yin)為這(zhe)種(zhong)工(gong)作臺(tai)中具有(you)承載硅片(pian)來能夠完成光刻(ke)機運(yun)行過程中的(de)一系(xi)列(lie)超精密的(de)運(yun)動系(xi)統,其中包(bao)括(kuo)上下片(pian)、對(dui)準、景(jing)圓(yuan)面型測量、曝光等等。
2、組裝技術
一臺光刻(ke)機(ji)不僅需要(yao)(yao)精密的零件,這些(xie)零件的組裝(zhuang)技術也至關重要(yao)(yao)。
當所(suo)有(you)零件都準備(bei)就緒之(zhi)后,接下來(lai)的(de)組裝過(guo)(guo)程(cheng)將直接影響一個光刻機的(de)運行效能。現在光刻機主要生產商荷蘭ASML公(gong)司(中文譯名:阿斯麥爾(er))的(de)生產過(guo)(guo)程(cheng)從本質上來(lai)說(shuo)更像是(shi)一個零件組裝公(gong)司,因為ASML公(gong)司生產光刻機所(suo)需要的(de)將近90%的(de)部件是(shi)從世(shi)界各地采購,其(qi)在世(shi)界上擁有(you)超過(guo)(guo)五千家供應商。
換(huan)句話說(shuo),ASML公(gong)司之所(suo)以(yi)能夠在(zai)光刻(ke)機制造(zao)技術(shu)上(shang)打敗尼康以(yi)及佳能等其他光刻(ke)機生(sheng)產對(dui)手,從而在(zai)全球光刻(ke)機制造(zao)和銷售市場上(shang)占據領(ling)先地(di)位,一個重要原(yuan)因就是(shi)強(qiang)大(da)的(de)組(zu)裝技術(shu)。
一家強大的(de)光刻機組(zu)裝企業需(xu)要具有各種(zhong)嫻(xian)熟的(de)技術工人和(he)各種(zhong)組(zu)裝方面的(de)知識產權,從而能夠(gou)清楚明白各種(zhong)精(jing)密元件(jian)如何組(zu)裝,進而通過(guo)他們嫻(xian)熟的(de)操(cao)作(zuo)和(he)系統的(de)知識來快速和(he)精(jing)確的(de)制造(zao)一臺光刻機。
我國(guo)目前(qian)在(zai)光刻機的(de)技術(shu)方面,經過近二十年(nian)的(de)關鍵技術(shu)攻克,已經取得長足(zu)發展。
從光(guang)刻機雙(shuang)工作(zuo)臺來說,中(zhong)國(guo)華(hua)卓精科與清華(hua)團隊生產聯合研(yan)制的雙(shuang)工作(zuo)臺已經打破ASML的技術壟斷,至于光(guang)刻機的同步光(guang)源設備和光(guang)學(xue)鏡頭的技術也在哈工大(da)等全國(guo)知名科研(yan)機構(gou)的潛心(xin)研(yan)究中(zhong)獲得了迅(xun)猛發(fa)展。
可以說,目前(qian)(qian)我(wo)國人才(cai)、資(zi)(zi)源、資(zi)(zi)金等各個(ge)方(fang)面都已具備,未來我(wo)們擁(yong)有屬于自己的(de)光(guang)刻機(ji)只是時間問題,未來前(qian)(qian)景(jing)可期!