1. 光刻机如何实现高精度
28nm集成电路工艺:它指的是晶体管门电路的尺寸,现阶段主要以纳米(nm)为单位,制造工艺的提高,意味着显示芯片的体积将更小、集成度更高,可以容纳更多的晶体管和中央处理器一样,显示卡的核心芯片,也是在硅晶片上制成的。
CPU制作工艺指的是在生产CPU过程中,现在其生产的精度以纳米来表示,精度越高,生产工艺越先进。在同样的材料中可以容纳更多的电子元件,连接线也越细,有利于提高CPU的集成度。
2. 光刻机如何实现高精度模式
光刻机的最高分辨率是有固定公式按纳米计算的。
分辨率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。分辨率公式为R=k1•λ/NA,公式中中R代表分辨率;λ代表光源波长;k1是工艺相关参数,NA(NumericalAperture)被称作数值孔径,是光学镜头的一个重要指标,一般光刻机设备都会明确标注该指标的数值。
3. 光刻机怎么做到这么精细
ASML的成立很偶然,是另一家著名公司飞利浦,随手促成玩玩的,完全没指望他可以做大。
ASM的老板叫Arthur del Prado,毕业于哈佛商学院。毕业后回到荷兰创建了ASM。
他的目标,是在欧洲建立一座硅谷。
正好,当时光刻机门槛不高,飞利浦刚刚在实验室里研发出了自动化步进式光刻机的雏形,但这个雏形还不够成熟。
飞利浦拿着它去找业界老大,但无论是GCA还是P&E,都不愿意合作,瞧不上这个不成熟的东西。
ASM主动找上门来,想要寻求合作,但飞利浦又嫌弃ASM体量太小。
飞利浦这个光刻机高不成低不就的,就快砸手里了。
1983年,ASM在纳斯达克上市了。飞利浦意识到,这个ASM比自己想象中的似乎强不少。
于是,飞利浦再次找到ASM,打算给自己的光刻机找个接盘侠。
为什么说是接盘侠呢?
因为原本飞利浦和ASM谈的是,双方各出210万美金,成立一个合资公司ASML。
但真等到要拿钱出来的时候,飞利浦连这点钱也不愿意拿,硬是用一些还不太成功的库存PAS2000光刻机抵了180万美金。
换句话说,飞利浦真没觉得这生意能做大,就想借这个公司占一个坑观望观望。
事实上,初期的确如此。
ASML成立之初,只有31个员工,这31个员工就在飞利浦豪华玻璃大楼外面的小破木板平房里办公,连大楼都进不去,跟要饭的差不多,业绩也是极为惨淡。
1986年,半导体市场遭遇危机,整体来了个大滑坡,光是三星就在半导体上亏了3亿多美元!
连带着搞光刻机的厂商,也遭了殃。美国的GCA找不到买主被关闭,Ultratech被卖出去后还缩小了规模,P&E也被卖给了SVG……
美国三雄的地位,已经完全被尼康和佳能替代了。
而ASML本身规模小,想亏也没啥能亏的,尼康占据了高端的市场,原来的美国公司没了,反而让他们有了10%的市场占有率。
和尼康比起来,他们就是个小虾米。
但谁也没有想到的是,整个光刻机行业的发展瓶颈,给了ASML一个意外咸鱼翻身,反超尼康的机会!
尼康光刻机
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ASML反超尼康的机会,来源于光刻机技术碰见困难了,前进不了,整个行业都卡那儿好多年了,前方堵车,此路不通。
困难是什么呢?
做芯片这件事,就是在硅上用刀雕花刻字,激光就是那个刻字的“刀”。
光源的波长数小了,刀更精致了,能加工的芯片自然而然也就更加精细了。
而全世界已经卡在193nm很久了,寸步难进。
当时的业界有好几个思路。
第一种,是以尼康为代表的157nm。这种做法的难度在于,157nm光会被现有193nm机器用的镜片吸收,相对应光刻胶也要重新研制。
重新研制问题也不大,但从193到157,这个进步实在是太小了,很有可能入不敷出。
以前,尼康因为镜头出色,而为自己打出了一片天地。而这时候,事事亲力亲为,成了它失败的原因。
由于要自己研发,慢,成了它的第一个弱点。同时,事事都做,就不可能事事都做得好。于是,尼康在研发过程中经常不是这里出了问题,就是那里有个毛病。
第二种,是将光源改为极紫外光EUV,它只有13.5nm,但难度更大,以当时的技术根本实现不了。
所以这两种思路在当时,都失败了。
这时候,台积电的一个叫做林本坚的工程师,提出了一个独树一帜的新思路:
只要在光刻胶上加一层水,激光入水折射,193nm不就一下变成134nm了吗?
但他的想法刚提出来的时候,根本就没有人买林本坚的账,甚至还有大公司高层找到台积电,希望有人管管林本坚,让他不要出来瞎搅合。
但林本坚没放弃,他找来找去,终于找到了ASML,愿意和他合作。
两家一拍即合。2004年,双方共同研发出了全球第一台浸润式光刻机!
尽管尼康也宣布157nm的样机研制成功了。但ASML的机器显然弯道超车了,更受欢迎。
光刻机的市场就那么大,这一场道路选错要了老命,尼康大输一阵!
如果说,尼康在市场占有率上的第一次被反超,还只是路线选择错误翻车了的话,那么后来差距的被进一步拉大,就完全是政治问题了。
林本坚的思路是一个取巧的办法,但彻底改变光源才是未来势必要走的一条路。
早在1997年,英特尔就和美国能源部牵头,拉了AMD、摩托罗拉等搞了一个前沿组织EUV LLC。
这个组织实力非常强大,成员囊括了美国劳伦斯利弗莫尔、劳伦斯伯克利和桑迪亚三大国家级实验室。
前后有近40个国家加入战团,欧美发达国家几乎悉数入局,是业内科研最为顶级的组织!
对于尼康和ASML来说,两个企业势必要拉一个进来。
然而,美国选择了ASML,尼康被排除在外了——美国怕尼康窃取自己的技术,也怕日本掌握核心技术不安全。
同时,ASML没少给美国承诺,立投名状。
EUV光刻技术比以往复杂了百倍:
光源需要重新来,镜头需要重新磨,光源的功率需要提升……总之,没近路可以抄。
日本尼康就是在科研上再厉害,也比不过全世界集体合作。
2009年,Cymer公司的EUV光源功率达到100W,接近商业化指标,成为了ASML的光源模组供应商。
终于,EUV光刻机研制成功。
前前后后算起来,钱还是其次,无数科研人员的精力和时间,是多少钱都买不来的。
一台EUV光刻机的重量超过180吨,整个光刻机的零配件超过10万件,而要想把这样的一台光刻机从出厂运到客户工厂中,至少需要40个集装箱!
仅仅是从安装到调试,就需要一年的时间。
和这样宏大的项目比起来,尼康力有未逮,和ASML的差距越拉越大,绝望得再也看不到翻盘的希望。
其实,不要说日本了,对全世界任何一个国家来说,ASML都是众星捧月的那个“月亮”,他一马当先,其他人都难以望其项背。
日本人曾经研究过ASML,他们发现,ASML的一台EUV光刻机有超过10万个零件,其中90%的零部件都依赖外购。
有美国Cymer的光源(2013年被ASML收购),有德国蔡司的顶级镜头,有英特尔的技术分配,有瑞典的轴承,有法国的阀件,等等等等……
ASML作为集大成者,自己需要做的主要是设计和组装,不需要管工厂生产。
换句话说,ASML作为顶级光刻机的背后,是全世界多个国家的顶尖技术的通力配合,整个人类上百年科技的结晶,更是全球化的产物。
如果中国的光刻机击败了ASML,不是中国单挑赢了荷兰,而是中国单挑赢了全世界。中国,加油!
4. 光刻机如何实现高精度技术
目前世界上最先进的光刻机是荷兰ASML生产的EUV光刻机,其精度可以达到5nm的级别,它所需的零件超过10万个,以EUV所用的镜头为例,全部由世界顶级镜片制造商蔡司提供,他们生产的各种镜头、反光镜和其他光学部件,没有任何一家公司能模仿的来。
5. 如何提高光刻精度
中科院研发的5纳米超高精度激光光刻加工方法的主要用途是制作光掩模,这是集成电路光刻制造中不可缺少的一个部分,也是限制最小线宽的瓶颈之一。
但是,即便这一技术实现商用化,要突破荷兰ASML(阿斯麦)在光刻机上的垄断,还有很多核心技术需要突破,例如镜头的数值孔径、光源的波长等。
6. 提高光刻机分辨率的方法
光刻机的精度主要取决于光源波长、物镜分辨率、双工台精度等。
目前全球唯一高端光刻机制造商是荷兰阿斯麦尔公司生产的euv13.5纳米极紫外光光源光刻机,该光刻机是目前全球精度最高的,这是集合了全球顶尖技术组合而成的,其零部件多达十万个,每年产量不超过五十台,从整机安装调试到开始生产要长达一年时间之久,可见该设备的复杂性,任何一个环节出现问题都足以影响该设备的精度。而且13.5纳米的光源属于第五代,和中端193纳米光源的第四代精度相差巨大,所以光源作为最主要的核心部件之一,对精度有决定性影响。再有就是物镜的分辨率,物镜可以达到高2米直径1米,甚至更大。光刻机的整个曝光光学系统,由数十块锅底大的镜片串联组成,其光学零件精度控制在几个纳米以内,目前光刻机镜头最强大的是老牌光学仪器公司德国蔡司,其制造的物镜分辨率是全球第一的。
7. 光刻机如何实现高精度工作
光刻机的精度可解决非圆形基片、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。
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,能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。