上图是一张ASML光刻机介绍图。下面,简单介绍一下图中各设备的作用。
测量台、曝光台:是承载硅片的工作台。
激光器:也就是光源,光刻机核心设备之一。
光束矫正器:矫正光束入射方向,让激光束尽量平行。
光束形状设置:设置光束为圆型、环型等不同形状,不同的光束状态有不同的光学特性。
遮光器:在不需要曝光的时候,阻止光束照射到硅片。
掩模版:一块在内部刻着线路设计图的玻璃板,贵的要数十万美元。
掩膜台:承载掩模版运动的设备,运动控制精度是nm级的。
物镜:物镜用来补偿光学误差,并将线路图等比例缩小。
硅片:用硅晶制成的圆片。硅片有多种尺寸,尺寸越大,产率越高。题外话,由于硅片是圆的,所以需要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系,根据缺口的形状不同分为两种,分别叫flat、notch。
内部封闭框架、减振器:将工作台与外部环境隔离,保持水平,减少外界振动干扰,并维持稳定的温度、压力。
在加工芯片的过程中,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硅片上,然后使用化学方法显影,得到刻在硅片上的电路图。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。
光刻分辨力的计算公式为:
CD=K1λ/NA
式中λ为准分子激光器输出激光波长,K1为工艺系数因子,NA为投影光刻物镜数值孔径。从上式可以看出,提高光刻分辨力可以通过缩短激光波长、降低工艺系数因子K1和提高投影光刻物镜数值孔径NA等来实现。缩短激光波长将涉及到激光器、光学系统设计、光学材料、光学镀膜、光路污染以及曝光抗蚀剂等系列技术问题;低工艺系数因子K1值成像,只有当掩模设计、照明条件和抗蚀剂工艺等同时达到最佳化才能实现,为此需要采用离轴照明、相移掩模、光学邻近效应校正、光瞳滤波等系列技术措施;投影光刻物镜的数值孔径则与激光波长及光谱带宽、成像视场、光学设计和光学加工水平等因素有关。
光刻机的光源是核心,EUV是下一代光刻的利刃。光刻机使用的光源有几项要求:
有适当的波长(波长越短,曝光的特征尺寸就越小),同时有足够的能量,并且均匀地分布在曝光区。
主流光刻机的关键组成
双工作台光刻设备的构造示意图
浸没式光刻与二次曝光提升工艺能力,填补EUV问世前的演进缺口。浸没式光刻是指在镜头和硅片之间增加一层专用水或液体,光线浸没在液体中曝光在硅晶片圆上;由于液体的折射率比空气的折射率高,因此成像精度更高。从而获得更好分辨率与更小曝光尺寸。
浸没式光刻与二次图形曝光示意图
先进制程复杂度与EUV设备效益
EUV工艺聚集了多个领域的顶尖技术。EUV要具备量产性,有几个技术瓶颈必须克服;首先在光源上。极紫外光的波长为13.5nm,这种光容易被包括镜头玻璃内的材料吸收,所以需要使用反射镜来代替透镜;普通打磨镜面的反射率还不够高,必须使用布拉格反射器(Braggreflector,一种复式镜面设计,可以将多层的反射集中成单一反射)。
EUV光刻与反射式镜头示意图
在以往DUV时期,需要以多重光罩才能实现的7nm制程,新型EUV系统可望只要单一光罩步骤就可完成;但在5nm或以下的制程,还会面临多次图形曝光的问题,仍需要提高下一代EUV设备在光源以外的能力。为此,公司在2016年以11亿美元收购光学大厂蔡司(CarlZeiss)的24.9%股份,并承诺8.4亿美元的研发投入,联手研发数值孔径(numericalaperture,NA)高于0.5的镜头。第二代EUV微影预计要到2024年后量产,届时计划实现约8纳米的线宽,每小时处理185片晶圆,迭对误差容许度小于2纳米。
主要晶圆厂商的先进制程路线
专注光刻扩大技术优势,塑造刚性客户需求
公司技术优势明显,保持行业领先。公司在2013年首次推出极紫外光设备NXE3300B,
EUV光刻机NXE3400B的构造示意图
由于公司的浸没式EUV光刻设备,能帮助客户实行量产7nm和5nm的晶圆制程,并达到2.5纳米的迭对精度,未来出货量可观。2017年上半年,公司售出2台EUV设备,Q3单季度倍增到4台;预计Q4还有6台交付,带来3亿欧元单季收入,计划2018与19年均可出售超过20台。
阿斯麦EUV光刻设备TWINSCANNXE系列
浏览量
下载发烧友APP
电子发烧友观察
长沙市望城经济技术开发区航空路6号手机智能终端产业园2号厂房3层(0731-88081133)