1. 光刻机的曝光方式
关于光刻机,主要分为前道光刻机和后道光刻机。
前道光刻机是芯片制造过程中使用,就是把高纯硅做成的一大片圆形的晶圆上通过光刻机刻出一个一个的芯片,而后道光刻机就是把芯片用陶瓷或者树脂等封装起来。
在前道光刻机上,上海微电子能够量产90nm光刻机,正在攻坚更先进光刻机。
更先进的光刻机机就是现在需求最大的DUV光刻机,中芯国际如今正大举扩产成熟制程芯片产能,目前需要从ASML购买,如果国产能够交付,那将是重大的突破。
因此,在前道光刻机上,我们差距还很大,更别说还有更先进的EUV光刻机了。
2. 光刻机曝光时间
90年代前半期,光刻开始使用波长365nm i-line,后半期开始使用248nm的KrF激光。激光的可用波长就那么几个,00年代光刻开始使用193nm波长的DUV激光,这就是著名的ArF准分子激光,包括近视眼手术在内的多种应用都应用这种激光,相关激光发生器和光学镜片等都比较成熟。
但谁也没想到,光刻光源被卡在193nm无法进步长达20年。直到今天,我们用的所有手机电脑主芯片仍旧是193nm光源光刻出来的。
90年代末,科学家和产业界提出了各种超越193nm的方案,其中包括157nm F2激光,电子束投射(EPL),离子投射(IPL)、EUV(13.5nm)和X光,并形成了以下几大阵营:
157nmF2:每家都研究,但SVG和尼康离产品化最近。
157nm光会被现有193nm机器用的镜片吸收,光刻胶也要重新研制,所以改造难度极大,而对193nm的波长进步只有不到25%,研发投入产出比太低。ASML收购SVG后获取了反射技术,2003年终于出品了157nm机器,但错过时间窗口完败于低成本的浸入式193nm。
13.5nmEUV LLC:英特尔,AMD,摩托罗拉和美国能源部。ASML、英飞凌和Micron后来加入。
关于EUV,我放到后面在说吧。
1nm接近式X光:日本阵营(ASET, Mitsubishi, NEC, Toshiba, NTT)和 IBM
这算是个浪漫阵营吧,大家就没想过产业化的事
0.004nmEBDW或EPL: 朗讯Bell实验室,IBM,尼康。ASML和应用材料被邀请加入后又率先退出。
这是尼康和ASML对决的选择,尼康试图直接跨越到未来技术击败ASML,但可惜这个决战应该发生在2020年而不是2005年,尼康没有选错技术但是选错了时间。尼康最重要的技术盟友IBM在2001年也分心加入了EUV联盟。
0.00005nmIPL: 英飞凌、欧盟。ASML和莱卡等公司也有参与。
离子光刻从波长来看是最浪漫的,然而光刻分辨率不光由波长决定,还要看NA。人类现有科技可用离子光刻的光学系统NA是0.00001,比193nm的NA=0.5~1.5刚好差10万倍,优势被抵消了。
以上所有努力,几乎全部失败了。
它们败给了一个工程上最简单的解决办法,在晶圆光刻胶上方加1mm厚的水。水可以把193nm的光波长折射成134nm。
浸入式光刻成功翻越了157nm大关,直接做到半周期65nm。加上后来不断改进的高NA镜头、多光罩、FinFET、Pitch-split、波段灵敏的光刻胶等技术,浸入式193nm光刻机一直做到今天的7nm(苹果A12和华为麒麟980)。
2002年台积电的林本坚博士在一次研讨会上提出了浸入式193nm的方案,随后ASML在一年的时间内就开发出样机,充分证明了该方案的工程友好性。
随后,台积电也是第一家实现浸入式量产的公司,随后终于追上之前制程技术遥遥领先的英特尔,林博士因此获得了崇高的荣誉和各种奖项。
MIT的林肯实验室似乎不服气,他们认为自己在2001年就提出了这个浸入式方案。ASML似乎也没有在任何书面说明自己开发是受林博士启发。
其实油浸镜头改变折射率的方式由来已久,产业界争论是谁的想法在先从来不重要,行胜于言。林博士的贡献是台积电和ASML通力合作把想法变成了现实。
3. 光刻机的曝光方式是什么
手搓光刻机是开玩笑表示搞笑的意思。
光刻机所发出的激光穿透力极强,根本不能用手搓,所以手搓光刻机是在开玩笑。光刻机又名掩膜对准曝光机,是制造芯片的核心装备,通过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。
4. 光刻机曝光原理
正性光刻胶也称为正胶。正性光刻胶树脂是一种叫做线性酚醛树脂的酚醛甲醛,提供光刻胶的粘附性、化学抗蚀性,当没有溶解抑制剂存在时,线性酚醛树脂会溶解在显影液中,感光剂是光敏化合物,最常见的是重氮萘醌(DNQ)。
在曝光前,DNQ是一种强烈的溶解抑制剂,降低树脂的溶解速度。
在紫外曝光后,DNQ在光刻胶中化学分解,成为溶解度增强剂,大幅提高显影液中的溶解度因子至100或者更高。
这种曝光反应会在DNQ中产生羧酸,它在显影液中溶解度很高。
正性光刻胶具有很好的对比度,所以生成的图形具有良好的分辨率。
5. 光刻机的曝光量怎么控制
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。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。
很显然,光刻机没有固定的光照参数。
6. 光刻机的曝光方式有哪些
光刻机的最小分辨率、生产效率、良率均在不断发展。光刻机的最小分辨率由公示R=kA/NA,其中R代表可分辨的最小尺寸,对于光刻技术来说,R越小越好;k是工艺常数;λ是光刻机所用光源的波长;NA代表物镜数值孔径,与光传播介质的折射率相关,折射率越大,NA越大。光刻机制程工艺水平的发展均遵循以上公式。此外,光刻机的内部构造和工作模式也在发展,不断提升芯片的生产效率和良率。
根据所使用的光源的改进,光刻机经历了5代产品的发展,每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。此外双工作台、沉浸式光刻等新型光刻技术的创新与发展也在不断提升光刻机的工艺制程水平,以及生产的效率和良率。
按所用光源,光刻机经历了五代产品的发展
最初的两代光刻机采用汞灯产生的436nm g-line和365nm i-line作为光刻光源,可以满足0.8-0.35微米制程芯片的生产。最早的光刻机采用接触式光刻,即掩模贴在硅片上进行光刻,容易产生污染,且掩模寿命较短。此后的接近式光刻机对接触式光刻机进行了改良,通过气垫在掩模和硅片间产生细小空隙,掩模与硅片不再直接接触,但受气垫影响,成像的精度不高。
第三代光刻机采用248nm的KrF(氟化氪)准分子激光作为光源,将最小工艺节点提升至350-180nm水平,在光刻工艺上也采用了扫描投影式光刻,即现在光刻机通用的,光源通过掩模,经光学镜头调整和补偿后,以扫描的方式在硅片上实现曝光。
第四代ArF光刻机:最具代表性的光刻机产品。第四代光刻机的光源采用了193nm的ArF(氟化氩)准分子激光,将最小制程一举提升至65nm的水平。第四代光刻机是目前使用最广的光刻机,也是最具有代表性的一代光刻机。由于能够取代ArF实现更低制程的光刻机迟迟无法研发成功,光刻机生产商在ArF光刻机上进行了大量的工艺创新,来满足更小制程和更高效率的生产需要。
创新一:实现步进式扫描投影。此前的扫描投影式光刻机在光刻时硅片处于静止状态,通过掩模的移动实现硅片不同区域的曝光。1986年ASML首先推出步进式扫描投影光刻机,实现了光刻过程中,掩模和硅片的同步移动,并且采用了缩小投影镜头,缩小比例达到5:1,有效提升了掩模的使用效率和曝光精度,将芯片的制程和生产效率提升了一个台阶。