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一文读懂半导体业的印钞机:EUV光刻机

2018-05-25 09:39
来源: 与非网

1965年,戈登·摩尔提出摩尔定律。

当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。

这个不断触碰半导体工艺极限的定律,也经常伴随着“死亡”和“新生”两方面的话题。其中就有人认为一种名为极紫外光刻(EUV 光刻)的技术能够拯救摩尔定律。

而让与非网小编惊掉下巴的则是它的价格——高达一亿美金。凭什么这么贵呢?今天与非网小编先从概念说起。

一文读懂半导体业的印钞机:EUV光刻机

要想弄懂EUV光刻机是什么意思,就得先说光刻机。

素有半导体制造业皇冠上的明珠之称的光刻机,是芯片制造的核心设备之一,按照用途可以分为好几种:有用于生产芯片的光刻机;有用于封装的光刻机;还有用于LED制造领域的投影光刻机。用于生产芯片的光刻机技术含量极高、价格极高。涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等多项先进技术,是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备,这也是中国在半导体设备制造上最大的短板,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。

光刻机的工作原理则与胶片相机类似,当你拍照的时候,按下相机快门的一瞬间,光线通过镜头折射入相机,投射到胶卷上,产生曝光。之后只需将胶卷在显影液里浸泡一下,山川楼宇就被同比缩小印在了胶卷上。

同样,光刻机可以把设计师设计的芯片图案缩小之后刻在半导体材料上,经过后期加工,就得到了芯片。当然,光刻机的精度达到了纳米级。

如果你对光刻机感兴趣,可以看一下专业资料的光刻机原理解释,如下:

光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到硅片上,然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图。 不同光刻机的成像比例不同,有5:1,也有 4:1。

一文读懂半导体业的印钞机:EUV光刻机

激光器:光源,光刻机核心设备之一。

光束矫正器:矫正光束入射方向,让激光束尽量平行。

能量控制器:控制最终照射到硅片上的能量,曝光不足或过足都会严重影响成像质量。

光束形状设置:设置光束为圆型、环型等不同形状,不同的光束状态有不同的光学特性。

遮光器:在不需要曝光的时候,阻止光束照射到硅片。

能量探测器:检测光束最终入射能量是否符合曝光要求,并反馈给能量控制器进行调整。

掩模版:一块在内部刻着线路设计图的玻璃板,贵的要数十万美元。

掩膜台:承载掩模版运动的设备,运动控制精度达到纳米级。

物镜:物镜由 20 多块镜片组成,主要作用是把掩膜版上的电路图按比例缩小,再被激光映射的硅片上,并且物镜还要补偿各种光学误差。技术难度就在于物镜的设计难度大,精度的要求高。

量台、曝光台: 承载硅片的工作台, 一般的光刻机需要先测量,再曝光,只需一个工作台,ASML 的双工作台光刻机则可以实现一片硅片曝光同时另一片硅片进行测量和对准工作,能有效提升工作效率。

内部封闭框架、减振器:将工作台与外部环境隔离,保持水平,减少外界振动干扰,并维持稳定的温度、压力。

光刻机发展史

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。

一文读懂半导体业的印钞机:EUV光刻机

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。

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