什么是光刻機
光刻機是芯片制造中光刻環(huán)節(jié)的核心設(shè)備, 技術(shù)含量、價值含量極高。 光刻機涉及系統(tǒng)集成、精密光學、精密運動、精密物料傳輸、高精度微環(huán)境控制等多項先進技術(shù),是所有半導體制造設(shè)備中技術(shù)含量最高的設(shè)備,因此也具備極高的單臺價值量。
光刻機的內(nèi)部組件
激光器:光源,光刻機核心設(shè)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:控制最終照射到硅片上的能量,曝光不足或過足都會嚴重影響成像質(zhì)量。
光束形狀設(shè)置:設(shè)置光束為圓型、環(huán)型等不同形狀,不同的光束狀態(tài)有不同的光學特性。
遮光器:在不需要曝光的時候,阻止光束照射到硅片。
能量探測器:檢測光束最終入射能量是否符合曝光要求,并反饋給能量控制器進行調(diào)整。
掩模版:一塊在內(nèi)部刻著線路設(shè)計圖的玻璃板,貴的要數(shù)十萬美元。
掩膜臺:承載掩模版運動的設(shè)備,運動控制精度達到納米級。
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,再被激光映射的硅片上,并且物鏡還要補償各種光學誤差。技術(shù)難度就在于物鏡的設(shè)計難度大,精度的要求高。
量臺、曝光臺: 承載硅片的工作臺, 一般的光刻機需要先測量,再曝光,只需一個工作臺,ASML 的雙工作臺光刻機則可以實現(xiàn)一片硅片曝光同時另一片硅片進行測量和對準工作,能有效提升工作效率。
內(nèi)部封閉框架、減振器:將工作臺與外部環(huán)境隔離,保持水平,減少外界振動干擾,并維持穩(wěn)定的溫度、壓力。
光刻機的分類
光刻機一般根據(jù)操作的簡便性分為三種,手動、半自動、全自動
A 手動:指的是對準的調(diào)節(jié)方式,是通過手調(diào)旋鈕改變它的X軸,Y軸和thita角度來完成對準,對準精度可想而知不高了;
B 半自動:指的是對準可以通過電動軸根據(jù)CCD的進行定位調(diào)諧;
C 自動: 指的是 從基板的上載下載,曝光時長和循環(huán)都是通過程序控制,自動光刻機主要是滿足工廠對于處理量的需要。
光刻機是干什么用的
就是把芯片制作所需要的線路與功能區(qū)做出來。利用光刻機發(fā)出的光通過具有圖形的光罩對涂有光刻膠的wafer曝光,光刻膠見光后會發(fā)生性質(zhì)變化,從而使光罩上得圖形復印到wafer上。
光刻機可廣泛應用于微納流控晶片加工、微納光學元件、微納光柵、NMEMS器件等微納結(jié)構(gòu)器件的制備。
光刻機是芯片制造的核心設(shè)備之一,屬于人類制造的尖端設(shè)備,一臺超1億美元。
世界最先進的光刻機:EUV NXE 3350B(EUV極紫外線光刻機),號稱半導體業(yè)的終極武器,臺積電、英特爾都寄望,這臺史上最昂貴的「工具機」,會在2017年開始試產(chǎn)的七奈米制程大發(fā)神威,成為主力機種。
1億美元,單價超過6億人民幣,還得等,一臺機器相當于一架飛機的價錢,無它,全世界只有ASML能生產(chǎn)!那么光刻機為什么這么貴?
EUV半導體業(yè)的終極武器
臺積電、英特爾都寄望,這臺史上最昂貴的「工具機」,會在2017年開始試產(chǎn)的七奈米制程大發(fā)神威,成為主力機種。
全球每年生產(chǎn)上百億片的手機晶片、記憶體,數(shù)十年來都仰賴程序繁瑣,但原理與沖洗照片類似的曝光顯影制程生產(chǎn)。
其中以投射出電路圖案的微影機臺最關(guān)鍵、也最昂貴。過去十多年,全球最先進的微影機,都采用波長一九三奈米的深紫外光,然而英特爾、臺積電量產(chǎn)的最先進電晶體,大小已細小到僅有數(shù)十個奈米。這形同用同一支筆,要寫的字卻愈來愈小,最后筆尖比要寫的字還粗的窘境。
要接替的「超細字筆」,技術(shù)源自美國雷根時代「星戰(zhàn)計劃」,波長僅有十三奈米的EUV;依照該技術(shù)的主要推動者英特爾規(guī)劃,2005年就該上陣,量產(chǎn)時程卻一延再延。
因為這個技術(shù)實在太難了。EUV光線的能量、破壞性極高,制程的所有零件、材料,樣樣挑戰(zhàn)人類工藝的極限。例如,因為空氣分子會干擾EUV光線,生產(chǎn)過程得在真空環(huán)境。而且,機械的動作得精確到誤差僅以皮秒(兆分之一秒)計。
最關(guān)鍵零件之一,由德國蔡司生產(chǎn)的反射鏡得做到史無前例的完美無瑕,瑕疵大小僅能以皮米(奈米的千分之一)計。
這是什么概念?ASML總裁暨執(zhí)行長溫彼得(Peter Wennink)接受《天下》獨家專訪時解釋,如果反射鏡面積有整個德國大,最高的突起處不能高于一公分高。
「滿足這類(瘋狂)的要求,就是我們的日常工作,」兩年前由財務長接任執(zhí)行長的溫彼得說。
因為EUV的技術(shù)難度、需要的投資金額太高,另外兩大微影設(shè)備廠──日本的Nikon和佳能,都已放棄開發(fā)。ASML儼然成為半導體業(yè)能否繼續(xù)沖刺下一代先進制程,開發(fā)出更省電、運算速度更快的電晶體的最后希望。
所以到目前為止能夠生產(chǎn)這種高端光刻機的廠家就一家,并已經(jīng)占據(jù)了高達80%的市場份額,壟斷了高端光刻機市場。
光刻機的維護保養(yǎng)
保養(yǎng)勝于維修,日常的保養(yǎng)維護十分重要,光刻機的保養(yǎng)方法:
1、每周用壓縮空氣清潔一次各個冷卻風扇。
2、每周較徹底地清潔一次機床內(nèi)部。
3、定期保養(yǎng)
4、導軌和絲杠每月加一次潤滑脂。
5、每半年更換一次主軸冷卻液。
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