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,有工程師告訴他:給你們全套圖紙,也做不出來。賀榮明幾年后理解了這句話。

 

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。用于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、登月車并列。它的加工精度是90納米,相當于2004年上市的奔騰四CPU的水準。國外已經做到了十幾納米。

 

1.webp.jpg

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:承載硅片的工作臺,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:控制最終照射到硅片上的能量,曝光不足或過足都會嚴重影響成像質量。

 

光束形狀設置: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,再被激光映射的硅片上,并且物鏡還要補償各種光學誤差。技術難度就在于物鏡的設計難度大,精度的要求高。

 

硅片:用硅晶制成的圓片。硅片有多種尺寸,尺寸越大,產率越高。題外話,由于硅片是圓的,所以需要在硅片上剪一個缺口來確認硅片的坐標系,根據缺口的形狀不同分為兩種,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,減少外界振動干擾,并維持穩定的溫度、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,是涂滿光敏膠的硅片。電路圖案經光刻機,縮微投射到底片,蝕刻掉一部分膠,露出硅面做化學處理。制造芯片,要重復幾十遍這個過程。

 

位于光刻機中心的鏡頭,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淀。

 

“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。光刻機里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:“相當于兩架大飛機從起飛到降落,始終齊頭并進。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

2.jpg

3.jpg

4.jpg

5.jpg

6.jpg

7.jpg

 

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,就是處于荷蘭的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創立于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.,于2001年改為現用名,總部位于荷蘭費爾德霍芬,全職雇員12,168人,是一家半導體設備設計、制造及銷售公司。

吃鸡游戏图片壁纸