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光刻机_

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  光刻机(Mask Aligner) 又名:掩模对准曝光机,曝光系统,光刻系统等,是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术,把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。

  让我们拭目以待,并为当下正全世界延揽人才,烧钱百亿,万人大会战,豪言“一定要打赢这场战争”的华为鼓个掌吧。

  其中模版随曝光机移动的方式,模版相对曝光机中心位置不变,始终利用聚焦镜头中心部分能得到更高的精度。成为的主流

  曝光机是生产大规模集成电路的核心设备,制造和维护需要高度的光学和电子工业基础,世界上只有少数厂家掌握。因此曝光机价格昂贵,通常在 3 千万至 5 亿美元。

  高端的投影式光刻机可分为步进投影和扫描投影光刻机两种,分辨率通常七纳米至几微米之间,高端光刻机号称世界上最精密的仪器,世界上已有1.2亿美金一台的光刻机。高端光刻机堪称现代光学工业之花,其制造难度之大,全世界只有少数几家公司能够制造。国外品牌主要以荷兰ASML(镜头来自德国),日本Nikon(intel曾经购买过Nikon的高端光刻机)和日本Canon三大品牌为主。

  位于我国上海的SMEE已研制出具有自主知识产权的投影式中端光刻机,形成产品系列初步实现海内外销售。正在进行其他各系列产品的研发制作工作。

  生产线和研发用的低端光刻机为接近、接触式光刻机,分辨率通常在数微米以上。主要有德国SUSS、美国MYCRO NXQ4006、以及中国品牌。

  A 手动:指的是对准的调节方式,是通过手调旋钮改变它的X轴,Y轴和thita角度来完成对准,对准精度可想而知不高了;

  C 自动: 指的是 从基板的上载下载,曝光时长和循环都是通过程序控制,自动光刻机主要是满足工厂对于处理量的需要。

  深紫外光(DUV),KrF 准分子激光:248 nm, ArF 准分子激光:193 nm

  a.有适当的波长。波长越短,可曝光的特征尺寸就越小;[波长越短,就表示光刻的刀锋越锋利,刻蚀对于精度控制要求越高。]

  c.曝光能量必须均匀地分布在曝光区。[一般采用光的均匀度 或者叫 不均匀度 光的平行度等概念来衡量光是否均匀分布]

  常用的紫外光光源是高压弧光灯(高压汞灯),高压汞灯有许多尖锐的光谱线,经过滤光后使用其中的g 线 nm)或i 线 nm)。

  对于波长更短的深紫外光光源,可以使用准分子激光。例如KrF 准分子激光(248 nm)、ArF 准分子激光(193 nm)和F2准分子激光(157 nm)等。

  曝光系统的功能主要有:平滑衍射效应、实现均匀照明、滤光和冷光处理、实现强光照明和光强调节等。

  制造高精度的对准系统需要具有近乎完美的精密机械工艺,这也是国产光刻机望尘莫及的技术难点之一,许多美国德国品牌光刻机具有特殊专利的机械工艺设计。例如Mycro N&Q光刻机采用的全气动轴承设计专利技术,有效避免轴承机械摩擦所带来的工艺误差。

  对准系统另外一个技术难题就是对准显微镜。为了增强显微镜的视场,许多高端的光刻机,采用了LED照明。

  对准系统共有两套,具备调焦功能。主要就是由双目双视场对准显微镜主体、目镜和物镜各1对(光刻机通常会提供不同放大倍率的目镜和物镜供用户组合使用)。

  工件台为光刻机的一个关键,由掩模样片整体运动台(XY)、掩模样片相对运动台(XY)、转动台、样片调平机构、样片调焦机构、承片台、掩模夹、抽拉掩模台组成。

  其中,样片调平机构包括球座和半球。调平过程中首先对球座和半球通上压力空气,再通过调焦手轮,使球座、半球、样片向上运动,使样片与掩模相靠而找平样片,然后对二位三通电磁阀将球座和半球切换为真空进行锁紧而保持调平状态。

  样片调焦机构由调焦手轮、杠杆机构和上升直线导轨等组成,调平上升过程初步调焦,调平完成锁紧球气浮后,样片和掩模之间会产生一定的间隙,因此必须进行微调焦。另一方面,调平完成进行对准,必须分离一定的对准间隙,也需要进行微调焦。

  光刻机的主要性能指标有:支持基片的尺寸范围,分辨率、对准精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。

  是对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。光刻的分辨率受受光源衍射的限制,所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面的限制。

  掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当,设备简单。接触式,根据施加力量的方式不同又分为:软接触,硬接触和线.软接触 就是把基片通过托盘吸附住(类似于匀胶机的基片放置方式),掩膜盖在基片上面;

  3.真空接触 是在掩膜和基片中间抽气,使之更加好的贴合(想一想把被子抽真空放置的方式)

  真空 接触的越紧密,分辨率越高,当然接触的越紧密,掩膜和材料的损伤就越大。

  掩膜板与光刻胶基底层保留一个微小的缝隙(Gap),Gap大约为0~200μm。可以有效避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤,使掩膜和光刻胶基底能耐久使用;掩模寿命长(可提高10 倍以上),图形缺陷少。接近式在现代光刻工艺中应用最为广泛。

  在掩膜板与光刻胶之间使用光学系统聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。优点:提高了分辨率;掩膜板的制作更加容易;掩膜板上的缺陷影响减小。

  扫描投影曝光(Scanning Project Printing)。70年代末~80年代初,〉1μm工艺;掩膜板1:1,全尺寸;

  步进重复投影曝光(Stepping-repeating Project Printing或称作Stepper)。80年代末~90年代,0.35μm(I line)~0.25μm(DUV)。掩膜板缩小比例(4:1),曝光区域(Exposure Field)22×22mm(一次曝光所能覆盖的区域)。增加了棱镜系统的制作难度。

  扫描步进投影曝光(Scanning-Stepping Project Printing)。90年代末~至今,用于≤0.18μm工艺。采用6英寸的掩膜板按照4:1的比例曝光,曝光区域(Exposure Field)26×33mm。优点:增大了每次曝光的视场;提供硅片表面不平整的补偿;提高整个硅片的尺寸均匀性。但是,同时因为需要反向运动,增加了机械系统的精度要求。

  d. 高精度双面:主要用于中小规模集成电路、半导体元器件、光电子器件、声表面波器件、薄膜电路、电力电子器件的研制和生产。

  高精度特制的翻版机构、双视场CCD显微显示系统、多点光源曝光头、真空管路系统、气路系统、直联式无油真空泵、防震工作台等组成。

  e.高精度单面:针对各大专院校、企业及科研单位,对光刻机使用特性研发的一种高精度光刻机,中小规模集成电路、半导体元器件、光电子器件、声表面波器件的研制和生产。

  高精度对准工作台、双目分离视场CCD显微显示系统、曝光头、气动系统、真空管路系统、直联式无油真空泵、防震工作台和附件箱等组成。

  解决非圆形基片、碎片和底面不平的基片造成的版片分离不开所引起的版片无法对准的问题。

  2018年11月29日,国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收。该光刻机由中国科学院光电技术研究所研制,光刻分辨力达到22纳米,结合双重曝光技术后,未来还可用于制造10纳米级别的芯片。

  近段时间以来,关于华为要上马做光刻机的消息,传的沸沸扬扬。第一个消息,华为在网上公开发布了光刻工艺工程师的职位,很多国内厂家也接到大量配套产品的询价。第二个消息,华为全国疯狂挖人,此前国内唯一有能力造光刻机的上海微电子甚至打电话到高层投诉。...

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