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                走近ASML光刻機 了解激光在光刻機中的應用

                來源:元祿光電    關鍵詞:光刻機, 激光技術,    發布時間:2019-05-27

                設置字體:

                導讀

                上海微電子裝備公司總經理賀榮明去德國考察時,有工除去那些明面上有正經職業程師告訴他:給你們全套圖紙,也做不出來。賀榮明幾年後理解了這句話。

                 

                光刻機,被稱為現代光學工業之花,制造難度非常大,全世界只有少數幾家公司︾能夠制造。其售價高達7000萬美金。用於生產芯片的光刻機是中國在半導體設備制造上最大的短板,國內晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口。

                 

                在能夠制造機器的這∏幾家公司中,尤其以荷蘭(ASML)技術最為先¤進。價格也最為高昂。光刻機的㊣ 技術門檻極高,堪稱人類智慧集大成的產物。

                 

                “十二五”科技成就展◥覽上,上海微電子裝備公司(SMEE)生產的中國最好的光刻機,與中國的大飛機、登月車並列。它的加工精度是90納米,相當於2004年上市的奔騰四CPU的水準。國外已經做▓到了十幾納米。

                 

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                ASML光刻機的簡易工作原理圖

                 

                簡單介紹一下圖中各設備的作用:

                測量臺、曝光臺:承載矽片的工作臺,也就是雙工作臺。一般的光刻機需要先測量,再曝光,只需一個工作臺,而ASML有個專利,有兩個工作臺,實現測量與曝光同時進行。而本次“光刻機雙工件臺系【統樣機研發”項目則是在技術上突破ASML對雙沒有地址工件臺系統的技術壟斷。

                 

                激光器:也就是光源,光刻機核心設備之一。

                 

                光束矯正器:矯正光束入↑射方向,讓激光束盡量平行。

                 

                能量控制器:控制最終照射到矽片上的能量,曝光不足或過足都會嚴蘇小冉也聽著幾句話帶過那些場面重影響成像質量。

                 

                光束卐形狀設置:設置光束為圓型、環型等不同形狀,不同的光束狀態有不同的光學特性。

                 

                遮光器:在不需要曝光的時候,阻止光束照射到矽片。

                 

                能量探測器:檢測光束◥最終入射能量是否符合曝光要求,並反饋給能量控制器進行調整。

                 

                掩模版:一塊在內部刻著線◣路設計圖的玻璃板,貴的要數十萬美元。

                 

                掩膜臺:承載掩模版運動的設⊙備,運動控制精度是nm級的。

                 

                物鏡:物鏡由20多塊︽鏡片組成,主要作用是把掩膜版上的電路圖按比例縮小,再被激ζ光映射的矽片上,並且物鏡還要補償各種光學誤差。技術難度就在於物鏡的設計難度大,精度的要求高。

                 

                矽片:用矽晶制成的圓片。矽片有多種尺寸,尺寸越大,產率越高。題外話,由於矽片是圓的,所以需要在矽片上剪一個缺口來確認矽片的坐標系,根據缺口的形狀不同分為兩其實今天來東京與本身種,分別叫flatnotch

                 

                內部封閉框架、減振器:將工作臺與外部環境隔離,保持水平,減少外界振動幹擾,並維持穩╲定的溫度、壓力。

                 

                光刻機制造難度有多大?

                光刻機跟照相機差不多,它的底片,是塗滿光敏膠的矽片。電路圖案經光刻機,縮〗微投射到底片,蝕刻掉一部分膠,露出矽面№做化學處理。制造芯片,要重復幾十遍這個過程。

                 

                位於光刻機中心的鏡頭,由20多塊鍋底大的鏡片串聯組成。鏡片得高純度透光材料+高質量拋光。SMEE光刻機使用的鏡片,得數萬美元一塊。

                 

                ASML的鏡片是蔡司技術打底。鏡片材質做到■均勻,需幾十年到上百年技術積澱。

                 

                “同↑樣一個鏡片,不同工人去↓磨,光潔度相差十倍。”SMEE總經理賀榮明說,他在德國卐看到,拋光鏡片的工人,祖孫三代在同一家公司的同一個職位。

                 

                另外,光刻機需要體①積小,但功率高而穩定的光源。ASML的頂尖光刻機,使用波長短的極紫外光,光學系◤統極復雜。有頂級的鏡頭和光源,沒極致的機械精度,也是白搭。光刻機裏有兩個同步運◆動的工件臺,一個載底片,一個載膠片。兩者需始終同步,誤差在2納米以下。兩個工作臺由靜到動,加速度跟導彈發射差不多。賀榮明說:“相當於兩架大飛機從起飛到降∞落,始終齊頭並進。一架飛機上伸出一把刀,在另一架飛機的米粒上刻字,不能刻壞了。”而且,溫濕度和空卐氣壓力變化會影響對焦。“機器內部溫度的變化要控制在千分之五度,得有合適的冷卻方【法,精準的測溫傳感器。”賀榮明說。SMEE最好的光刻機,包含13個分系統,3萬個機械件,200多個傳感∏器,每一個都要穩定。像歐洲冠軍◣杯決賽,任何一個人發揮失常就要輸球。

                 

                ASML光刻機設備圖

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                世界上最貴精密儀器出廠地

                目前全球只有一家企業在光刻機市場上〖占據了80%的份額,就是處於荷蘭的ASML,旗下所研〖發的EUV光刻機曾售價高達1億美¤元一臺,而且還不一定有貨。皆因每臺⌒ 光刻機的裝配大約需要50000個零ω 件左右。國際上著名的芯片制造商如Intel、臺積電、三星都】是它名下的股東。

                 

                阿斯麥公司ASML Holding NV創立於1984年,是從飛利浦獨立出來的一個半■導體設備制造商。前稱ASM Lithography Holding N.V.,於2001年改ぷ為現用名,總部位於荷蘭費爾德霍芬,全職雇員12,168人,是一家半導體設備設計、制造及銷售公司。