光刻机到底难在哪,光刻机的难度到底有多大

首页 > 科技 > 作者:YD1662024-06-02 17:48:35

在芯片制造过程中,并不是一次曝光就可以完成的,在制造过程中要经历多次曝光,这也就意味着,在芯片制作过程中要进行多次对准操作(每一次曝光都要更换不同的掩膜,掩膜与硅晶圆之间每次都要对准操作)。芯片的每个元件之间都只有几纳米的间隔,在这种情况下,掩膜与硅晶圆之间的对准误差都必须控制在几纳米范围内。

一次对准可能相对来说比较容易,但芯片的制造需要多次曝光多次对准,在曝光完一个区域之后,放置硅晶圆的曝光台就必须快速进行移动,接着曝光下一个需要曝光的区域,想要在多次快速移动中实现纳米级别的对准,这个难度相当大。

就相当于端着一碗汤做蛙跳,还得保证跳了几十次之后一滴汤都没洒出来。

这项技术精度,也是光刻机的一项难点。

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现在ASML公司已经研发出了双工作台,在一个工作台完成扫描曝光的同时,另一个工作台也可以同时进行对准、调焦、下片等操作。这项技术,完美地实现了工作台精度高且操作时间短的预想。

我国的华卓精科公司虽然也在双工作台技术上实现了一点突破,但目前该技术还不能实现量产,与国外还存在不小的差距。

工作台技术不论是从精度还是时间效率上来说,均是光刻机技术上的一个难点。

EUV不仅能量比较高,对物质的影响也极其强大,它们可以被几乎任何一种原子吸收,所以刻录光源的产生以及晶圆刻录过程必须在真空中进行。这对于EUV传播路径的选择提出了新的要求。

四、耗电问题

光刻机要在工作过程中稳定地输出高功率的光线,以支持其在晶圆上的持续刻蚀。为了实现芯片的工业化量产,光刻机在耗电能力上也有极致的追求。

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最关键的还是,EUV光刻机还非常费电,它需要消耗电量把整个工作环境都抽成真空以避免灰尘,同时也可以通过更高的功率来弥补自身能源转换效率低下的问题,一般设备运行之后每小时就会损耗至少150度的电力。

这种极度耗电的问题,也是光刻机制造中的一个难点。

除此之外,次级电子对光刻胶的曝光、光化学反应释放气体,EUV对光罩的侵蚀等种种难题都要一一解决。这种情况就导致很长一段时间内EUV的产量极低,甚至日均产量只有1500片。

当然,除了上面提到的几点之外,光刻机的研发还面临着很多难点,光刻机对工作环境的要求极高,它必须要在超洁净的环境下才能够运行,一点点小灰尘落在光罩上就会带来严重的良品率问题,并对材料技术、流程控制等都有更高的要求。

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最致命的一点,就是光刻机的研发成本极高。

现在最顶尖的光刻机就是荷兰ASML公司的EUV光刻机。这部最先进的光刻机设备由80000多个零件组成,这些零件中有90%都是由供应商提供,任何一个国家都没有办法靠自己一方完成整个设备中零件的制造。

ASML的总裁Peter Wennink曾表示,EUV光刻机集结了世界各国最先进的技术。EUV光刻机的光源来自于美国Cymer,各种光学部件来源于德国的蔡司,计量零件出自美国世德科技……EUV光刻机的零件都来自于世界上最顶尖的零件制造商,而这个世界上,目前还没有人能够模仿他们。

从这个层面来看,EUV光刻机实际上已经算是一个国际项目了,毕竟有多个国家参与研发生产。其投入之大可想而知。

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