光刻机是在半导体领域必不可少的设备,无论生产制造什么样的芯片,都脱离不了光刻机,如果说航空发动机代表了人类科技领域发展的顶级水百思特网平,那么光刻机则是半导体工业界最为耀眼的明珠,其具有技术难度最高、单台成本最大、决定集成密度等特点 。
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今天我们就来了解一下光刻机 。
光刻机的工作原理在整个芯片制造工艺中,几乎每个工艺的实施,都离不开光刻的技术 。光刻也是制造芯片的最关键技术,他占芯片制造成本的35%以上 。
当芯片完成 IC 设计后,就要委托晶圆代工厂进行芯片制造封装 。
芯片制造中,晶圆必不可少,从二氧化硅(SiO2)矿石,比如石英砂中用一系列化学和物理冶炼的方法提纯出硅棒,然后切割成圆形的单晶硅片,这就是晶圆 。
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从硅棒上切下的晶圆片
晶圆是制造各式电脑芯片的基础 。我们可以将芯片制造比拟成用积木盖房子,藉由一层又一层的堆叠,完成自己期望的造型(也就是各式芯片) 。然而,如果没有良好的地基,盖出来的房子就会歪来歪去,不合自己所意,为了做出完美的房子,便需要一个平稳的基板 。对芯片制造来说,这个基板就是晶圆 。
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光刻技术是一种精密的微细加工技术 。常规光刻技术是采用波长为2000~4500埃的紫外光作为图像信息载体,以光致抗光刻技术蚀剂为中间(图像记录)媒介实现图形的变换、转移和处理,最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺 。
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光刻技术就是把芯片制作所需要的线路与功能区做出来 。简单来说芯片设计人员设计的线路与功能区“印进”晶圆之中,类似照相机照相 。照相机拍摄的照片是印在底片上,而光刻刻的不是照片,而是电路图和其他电子元件 。
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就好像原本一个空空如也的大脑,通过光刻技术把指令放进去,那这个大脑才可以运作,而电路图和其他电子元件就是芯片设计人员设计的指令 。
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光刻包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面:
- 光复印工艺:经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置,精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上 。
- 刻蚀工艺:利用化学或物理方法,将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去,从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形 。集成电路各功能层是立体重叠的,因而光刻工艺总是多次反复进行 。例如,大规模集成电路要经过约10次光刻才能完成各层图形的全部传递 。
在光刻技术的原理下,人们制造了光刻机,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晶圆上,不同光刻机的成像比例不同,有5:1,也有4:1 。然后使用化学方法显影,得到刻在晶圆上的电路图(即芯片) 。
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一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序 。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光 。越复杂的芯片,线路图的层数越多,也需要更精密的曝光控制过程 。现在先进的芯片有30多层 。
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