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8.55亿元一台的光刻机是怎么工作的?

Jojo 芯师爷 2022-07-03

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今年美国对中国半导体行业的进一步制裁
让光刻机再一次走进大众视视野
荷兰的ASML公司是光刻机制造的领头羊
在高端的EUV光刻机方面
ASML更是具有100%的全球市占率 
一台EUV光刻机比原子弹和核航母还难造
有超过十万个零部件之多
更是卖出了约1.07亿欧元一台(人名币约8.55亿元)的天价

ASML在费尔德霍芬(Veldhoven)的总部
图片来源:阿斯麦官网


总部设在荷兰费尔德霍芬的ASML光刻机是芯片制造设备中最昂贵和最复杂的设备。接下来,我们将对芯片制造的整个流程和ASML公司的特定专业知识进行简化介绍。另外,整理了一个必须知道的术语列表来理解ASML的工作。


ASML的EVU光刻机工作流程

视频来源:科技第一


193nm: 这是一种超紫外线光波。目前是应用最广技术最成熟的芯片。另外,DUV指193nmArF准分子激光的干式和浸没式DUV光刻机 。



各类光刻机光源的具体参数 图片来源:IC咖啡


对准:晶圆片的标记与掩模版商的标记精确对准,使当前曝光的图形与晶圆上的图形精确重叠的过程。上世纪80年代,阿斯麦公司以这种参考标记为基础的对准系统而出名,这个系统至今仍在公司可以看到。


图片来源:网络


Brion: 一家专门从事计算光刻集成电路的公司,2007年被ASML收购。


CD:临界尺寸,图像中最小的细节。其质量是衡量光刻工艺的关键参数之一。


计算光刻:用于提高光刻性能的计算机辅助技术的总称。


双重曝光:也称为DP/MP。一种平版印刷技术,由于扫描仪的分辨率不足以在一次曝光中产生芯片层,因此在光刻胶覆盖的晶片上分别进行两次曝光。对于芯片制造商来说,这在经济上不是最有吸引力的选择,但由于EUV光刻技术发展的延迟,这是不得不做的选择。


DUV: 准分子激光的深紫外光源。分为193nm和248nm技术。


DUV光刻机

 图片来源:阿斯麦官网


EUV:极紫外光源,波长大约在100到10纳米之间。在芯片制造中,EUV光刻(也缩写为EUVL)使用的光线波长为13.5nm。


EUV光刻机

 图片来源:阿斯麦官网


半间距:指芯片上两个成像的芯片结构之间距离的一半。参见:节点。


一体化光刻技术:ASML创造的术语,指协调芯片、掩模、光刻和计量的功能,以达到最佳工艺窗口的芯片制造过程。


浸入: 浸入式光刻技术,即在透镜和晶圆片之间引入水。因为水的折射率比空气高,所以分辨率提高了。目前用于生产最先进芯片的标准使用,与193nm光相结合。


LER: 光刻胶图形边缘的粗糙程度,呈锯齿状结构。太粗糙代表不好。


掩模板:也称为掩模,一块在内部刻着线路设计图的玻璃板,光线透过它,把设计图形透射在光刻胶上。光罩是一种能缩小刻度的掩模。


图片来源:传感器专家网


计量学:用于监测光刻过程的各种测量技术的总称。可以识别机器是否正常工作。


摩尔定律:市场上每个集成电路所包含的晶体管数量每两年就会翻一番。结构越小的芯片速度越快,而且在晶圆上放置越多的芯片,越经济。最新一代的芯片花了两年多的时间来开发,尽管EUV的到来可能会消除这种延迟。


工艺节点:芯片代号。用整数表示的。过去与半节距有关(见上面),但现在是一个营销术语,每个芯片制造商的定义都不一样。


OPC:光学邻近校正,是一种计算光刻增强技术。


刻套误差:上次和这次已完成曝光的硅片距离的大小,目前套刻误差只允许大约几个纳米。如果它们不能很好地贴合在一起,芯片就无法工作。显然,这在双重曝光中非常重要。



套刻误差控制系统及其数据流程

图片来源:mems技术


薄膜:保护膜,任何落在胶片上的纳米碎片都非常远导致无法成像


照片漆:光致抗蚀剂,又称光刻胶。光刻胶涂在硅片表面,主要用来将光刻掩膜版上的图形转移到晶圆片上,是一种光敏材料。


光刻胶:曝光液


光罩: 一个可以降低刻度的罩。


扫描仪:最新一代的曝光设备,晶圆片在镜头下移动。在上一代的步进扫描仪中,晶圆片被固定在相应的位置,透镜柱一步一步地暴露晶圆片。


双工件台:是阿斯麦公司设计的生产设备,在这个双扫描仪工作下,一个工件台上的晶圆做曝光时,另一个工件台对晶圆做曝光前的准备工作,如此循环。


正常运行时间:曝光设备在不需要维护或故障的情况下连续运行的时间。这对ASML的客户来说非常重要。-


Yieldstar: ASML独立生产的光盘光刻测量工具。测量覆盖和焦点。是ASML整体光刻套件的一部分。


晶圆片:制造晶片的极纯晶硅圆片。


本文由芯师爷翻译自Bits&Chips网站的《ASML for beginners》,图片来源:ASML、mems技术、传感器专家网、IC咖啡等。仅供交流学习之用,如有任何疑问,敬请与我们联系info@gsi24.com。


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