半导体行业观察,光刻机

荷兰的ASML公司垄断了高端光刻机 。下面简单单介绍光刻机的结构和工作原理:光刻机的光源有:激光,紫外光、深紫外光、极紫外光 。光刻机和蚀刻机是什么?光刻机与蚀刻机是生产芯片的两大重要机子,可以说一个是魂,另外一个是魄 。光刻机是芯片制造中必不可少的精密设备 。
为什么说光刻机难以制作?

半导体行业观察,光刻机


光刻机是芯片制造中必不可少的精密设备 。其难度甚至超过航空发动机 。首先是在技术上的难度:光刻机可以说每个部件都是科技含量很高,步步困难重重 。瓶颈主要集中在透镜、掩膜版、光源、能量控制器等 。下面简单单介绍光刻机的结构和工作原理:光刻机的光源有:激光,紫外光、深紫外光、极紫外光 。现在最先进技术是极紫外光 。下图是以激光为光源的光刻机简易工作原理图:在制造芯片时,首先在晶圆(硅晶片)表面涂光感胶,再用光线透过掩模版(相当于芯片电路图纸的底片)照射硅片表面,被光线照射到的光感胶会发生反应 。
此后用特定溶剂洗去被照射或者未被照射的胶,电路图就印到硅片上 。此过程相当于木匠施工用墨斗放样、划线 。硅片上有了电路图的图样后,就轮到刻蚀机登场,刻蚀机相当于木匠的锯子、斧头、凿子、刨子 。刻蚀机按图施工,在硅片表面雕刻出晶体管和电路 。芯片主要是精度要求高 。纳米精度是什么概念呢?是我们肉眼无法分辨的,大概相当于一根头发丝的5000分之一纳米细小 。
光刻机几个关键部件:光源:必须稳定、高质量地提供指定波长的光束 。能量控制器:就是电源 。电源要稳定、功率要足够大,否则光源发生器没办法稳定工作 。大、稳、同时要考虑经济性能 。耗电太高,客户就用不起 。掩膜版:通俗点理解,相当于过去用胶片冲洗照片时的底片 。底片如果精度不够,是洗不出来高精度照片的 。光刻机施工前,要根据设计好的芯片电路图制作掩膜板 。
掩膜板材质是石英玻璃,玻璃上有金属铬和感光胶 。通过激光在金属铬上绘制电路图 。精度要求非常高 。透镜:用透镜的光学原理,将掩膜版上的电路图按比例缩小,再用光源映射的硅片上 。光在多次投射中会产生光学误差 。要控制这个误差 。精度要求很高 。就是测量台移动的控制器,也是纳米级精度,要求超高 。荷兰的ASML公司垄断了高端光刻机 。
【半导体行业观察,光刻机】但其透镜来自德国的蔡司,自己也做不了 。光源是美国的Cymer 。所以说它也不是完全技术独立 。主要是技术难度太大 。其次是资金上的困难:光刻机由于技术难度大,研发资金投入巨大,以至于佳能和索尼都亏损严重,已经停止研发,退出未来技术的竞争 。荷兰的ASML,为了筹集资金,同时也是进行上下游利益捆绑,研发风险共担,邀请英特尔、三星和台积电出资,做自己的大股东 。

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