一、光刻機是干什么用的
光(guang)(guang)刻(ke)(ke)機(ji)是用來制造芯(xin)片(pian)的(de)(de)(de)。光(guang)(guang)刻(ke)(ke)機(ji)又被(bei)稱為掩膜(mo)對(dui)準曝光(guang)(guang)機(ji),在芯(xin)片(pian)生產(chan)中(zhong)用于光(guang)(guang)刻(ke)(ke)工藝,而光(guang)(guang)刻(ke)(ke)工藝又是生產(chan)流程(cheng)中(zhong)最關鍵的(de)(de)(de)一步,所以光(guang)(guang)刻(ke)(ke)機(ji)又是芯(xin)片(pian)生產(chan)中(zhong)不(bu)可缺少的(de)(de)(de)設備。
光(guang)刻機決定了芯(xin)片(pian)的精密尺寸,設計師設計好芯(xin)片(pian)線(xian)路(lu),再通(tong)過光(guang)刻機將線(xian)路(lu)刻在芯(xin)片(pian)上,其尺度通(tong)常在微米級以上。
光刻機是芯(xin)片生產中最昂貴也是技(ji)術(shu)難度最大的設(she)備(bei),因(yin)為其決定了一塊芯(xin)片的整體(ti)框架與(yu)功能。
其(qi)實(shi)生(sheng)產(chan)高(gao)精度(du)芯片(pian)并不難,只是(shi)生(sheng)產(chan)速(su)(su)度(du)太慢,而光刻(ke)機能(neng)快速(su)(su)生(sheng)產(chan)高(gao)精度(du)的芯片(pian),所(suo)以很重要(yao)。
二、光刻機的工作原理
利用光(guang)(guang)刻(ke)機發(fa)出的(de)(de)(de)光(guang)(guang)通過具有圖形(xing)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)罩對(dui)涂有光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)薄片(pian)曝光(guang)(guang),光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)見光(guang)(guang)后(hou)會發(fa)生(sheng)性質(zhi)變化,從(cong)而(er)(er)使(shi)光(guang)(guang)罩上得圖形(xing)復(fu)印到薄片(pian)上,從(cong)而(er)(er)使(shi)薄片(pian)具有電(dian)子線路圖的(de)(de)(de)作用。這就(jiu)是(shi)光(guang)(guang)刻(ke)的(de)(de)(de)作用,類似照(zhao)相(xiang)(xiang)機照(zhao)相(xiang)(xiang)。照(zhao)相(xiang)(xiang)機拍攝(she)的(de)(de)(de)照(zhao)片(pian)是(shi)印在底片(pian)上,而(er)(er)光(guang)(guang)刻(ke)刻(ke)的(de)(de)(de)不(bu)是(shi)照(zhao)片(pian),而(er)(er)是(shi)電(dian)路圖和其他電(dian)子元件。
簡單點來說(shuo),光(guang)刻機就是放大(da)的(de)(de)單反,光(guang)刻機就是將光(guang)罩上的(de)(de)設計(ji)好集成(cheng)電路圖(tu)形(xing)通過光(guang)線(xian)的(de)(de)曝光(guang)印到光(guang)感材料上,形(xing)成(cheng)圖(tu)形(xing)。
三、光刻機的性能指標
光(guang)刻機的主要(yao)性(xing)能指標有:支持基片的尺(chi)寸范(fan)圍,分辨率、對準(zhun)精度、曝光(guang)方(fang)式(shi)、光(guang)源(yuan)波長、光(guang)強均勻(yun)性(xing)、生產效率等(deng)。
分(fen)(fen)辨率(lv)是對光(guang)刻(ke)工藝(yi)加工可以達到的(de)最細線條精度的(de)一(yi)種描述方式(shi)。光(guang)刻(ke)的(de)分(fen)(fen)辨率(lv)受受光(guang)源衍射的(de)限(xian)制,所以與光(guang)源、光(guang)刻(ke)系(xi)統、光(guang)刻(ke)膠和工藝(yi)等各方面的(de)限(xian)制。
對(dui)準精(jing)度(du)是在多(duo)層曝光(guang)時層間(jian)圖(tu)案的定位精(jing)度(du)。
曝光(guang)方式(shi)(shi)分為接觸(chu)接近式(shi)(shi)、投影式(shi)(shi)和(he)直(zhi)寫式(shi)(shi)。
曝(pu)光(guang)光(guang)源波長分為紫外(wai)、深紫外(wai)和極(ji)紫外(wai)區(qu)域,光(guang)源有汞(gong)燈(deng),準(zhun)分子(zi)激光(guang)器等(deng)。
四、光刻機制造需要哪些技術
光刻(ke)機的制造(zao)體系非(fei)常復(fu)雜,有(you)兩點至關重要,即精(jing)密零部件和組裝技(ji)術。
1、精密零部件
一(yi)臺光刻(ke)(ke)機(ji)的(de)制造需要(yao)(yao)數萬個(ge)(ge)精密零部(bu)件(jian)(jian)。通常來說,一(yi)臺光刻(ke)(ke)機(ji)的(de)制造需要(yao)(yao)大約八(ba)萬個(ge)(ge)精密零件(jian)(jian),而目前世界上最為先(xian)進(jin)的(de)極紫外EUV光刻(ke)(ke)機(ji)所需要(yao)(yao)的(de)制造零件(jian)(jian)更(geng)是高達十萬余(yu)個(ge)(ge)。
一套完整(zheng)的光(guang)刻機(ji)包括多個(ge)組成系(xi)統(tong)(tong),主要包括曝光(guang)系(xi)統(tong)(tong)、自動對準系(xi)統(tong)(tong)、整(zheng)機(ji)軟(ruan)件系(xi)統(tong)(tong)等。其(qi)中,曝光(guang)系(xi)統(tong)(tong)更是包含(han)了照明系(xi)統(tong)(tong)和投(tou)影物鏡。
在組成光科技(ji)的所有核(he)(he)心精密零件中,光學鏡頭、光學光源、雙工作臺(tai)又可以說(shuo)是核(he)(he)心中的核(he)(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至關重要的重要性(xing)。而(er)世界上最為先進的EUV極紫外光刻機(ji)唯(wei)一可以使(shi)用(yong)的鏡(jing)頭就是由(you)蔡司公(gong)司生產的鏡(jing)頭。
光(guang)刻機的(de)光(guang)學光(guang)源(yuan)(yuan)所包含的(de)光(guang)源(yuan)(yuan)波長是(shi)決(jue)定(ding)(ding)光(guang)刻機工業能力的(de)重要(yao)部(bu)分。需要(yao)特別注(zhu)意(yi)的(de)是(shi),光(guang)刻機所需要(yao)的(de)光(guang)源(yuan)(yuan),必須具備體積小(xiao)、功率高(gao)以(yi)及(ji)穩定(ding)(ding)的(de)幾個特點。
比如說(shuo)極(ji)紫外EUV光(guang)刻機所使用的光(guang)源(yuan)波長是僅(jin)僅(jin)只有(you)13.5納米的極(ji)紫外光(guang),其所使用的光(guang)學系統極(ji)為復(fu)雜。
光刻(ke)機(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)所需要的工作臺(tai)(tai)系能夠影響光刻(ke)機(ji)運(yun)行過程中(zhong)(zhong)(zhong)的精度和(he)產效,含有(you)的綜(zong)合技(ji)術(shu)難度非常高。因為這(zhe)種工作臺(tai)(tai)中(zhong)(zhong)(zhong)具有(you)承載硅片來能夠完成光刻(ke)機(ji)運(yun)行過程中(zhong)(zhong)(zhong)的一系列超精密的運(yun)動系統,其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)包(bao)括上下(xia)片、對準、景圓面型測量(liang)、曝光等(deng)等(deng)。
2、組裝技術
一臺光刻機不僅(jin)需(xu)要精密的零(ling)(ling)件,這些零(ling)(ling)件的組裝技術也至關重要。
當所(suo)有(you)(you)零件(jian)(jian)都準備就緒之后,接(jie)下(xia)來的組(zu)裝過(guo)(guo)程(cheng)將(jiang)直(zhi)接(jie)影響一個光刻(ke)機的運行效能。現在(zai)光刻(ke)機主(zhu)要生(sheng)產(chan)(chan)商荷(he)蘭ASML公司(si)(中(zhong)文譯名:阿斯麥爾(er))的生(sheng)產(chan)(chan)過(guo)(guo)程(cheng)從(cong)本質(zhi)上來說(shuo)更像是一個零件(jian)(jian)組(zu)裝公司(si),因為ASML公司(si)生(sheng)產(chan)(chan)光刻(ke)機所(suo)需要的將(jiang)近90%的部(bu)件(jian)(jian)是從(cong)世界(jie)各地(di)采(cai)購(gou),其在(zai)世界(jie)上擁(yong)有(you)(you)超過(guo)(guo)五千家供應(ying)商。
換句(ju)話說,ASML公(gong)司之所以能(neng)夠在光(guang)刻機制造技術(shu)上打敗尼康以及佳能(neng)等(deng)其他光(guang)刻機生產對手,從(cong)而在全球(qiu)光(guang)刻機制造和銷(xiao)售市場上占據領先地位,一個重(zhong)要(yao)原因就(jiu)是強大的(de)組裝技術(shu)。
一(yi)家強大的(de)光(guang)刻機組(zu)裝企業需要(yao)具有各種嫻(xian)熟的(de)技術工(gong)人和各種組(zu)裝方(fang)面(mian)的(de)知(zhi)識產權,從而能夠清楚明白各種精(jing)密元件如何組(zu)裝,進而通過他們嫻(xian)熟的(de)操作(zuo)和系統的(de)知(zhi)識來快速和精(jing)確的(de)制造一(yi)臺光(guang)刻機。
我國目前(qian)在光刻機的技(ji)術方面(mian),經(jing)過近二十年的關(guan)鍵技(ji)術攻克,已(yi)經(jing)取得長足發展。
從光(guang)(guang)刻機(ji)雙工(gong)作臺來說,中國華卓(zhuo)精科(ke)與清華團隊(dui)生產聯合研制的(de)(de)雙工(gong)作臺已(yi)經打破ASML的(de)(de)技(ji)術壟斷(duan),至于(yu)光(guang)(guang)刻機(ji)的(de)(de)同步光(guang)(guang)源設備(bei)和光(guang)(guang)學鏡頭的(de)(de)技(ji)術也(ye)在(zai)哈(ha)工(gong)大(da)等全國知名(ming)科(ke)研機(ji)構的(de)(de)潛心研究中獲得(de)了迅(xun)猛發展(zhan)。
可以說(shuo),目前我國人才、資(zi)源、資(zi)金等各個方面(mian)都(dou)已(yi)具備,未來我們擁有(you)屬(shu)于自己(ji)的光刻機只是時間(jian)問題,未來前景(jing)可期!