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光刻机与蚀刻机是什么?

返回列表 来源:未知 浏览: 发布日期:2021-09-28 09:43:52【
光刻是集成电路最重要的加工工艺,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,它占芯片制造成本的35%以上。

我们大家现在都知道芯片对于我们国家的发展是具有多么重要的意义了,光刻技术与我们的生活息息相关,我们用的手机,电脑等各种各样的电子产品,里面的芯片制作离不开光科技束。我们没有自己的高精端芯片,一个是因为我们没有自己的设计能力,第二个是我们没有制造芯片的能力,很简单的理解,芯片是需要研发设计的,但是设计出来了,该怎么生产出来,这个也是很关键,这就需要用到光刻机以及刻蚀机了。


 
光刻机原理
光刻机根据用途的不同,可以分为用于生产芯片、用于封装和用于LED制造。
按照光源和发展前后,依次可分为紫外光源(UV)、深紫外光源(DUV)、极紫外光源(EUV),光源的波长影响光刻机的工艺。
光刻机可分为接触式光刻、直写式光刻、投影式光刻。

接近或接触式光刻通过无限靠近,复制掩模板上的图案。直写式光刻是将光束聚焦为一点,通过运动工件台或镜头扫描实现任意图形加工。投影式光刻因其高效率、无损伤的优点,是集成电路主流光刻技术。

实际上,我们可以将投影式光刻想象为胶片摄影。胶片摄影是通过按下快门,光线通过镜头投射到胶卷上并曝光。之后通过“洗照片”,即将胶卷在显影液中浸泡,得到图像。

光刻机光刻的工作原理也是类似,光刻就是把芯片制作所需要的线路与功能区做出来。利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光,光刻胶见光后会发生性质变化,从而使光罩上得图形复印到薄片上,从而使薄片具有电子线路图的作用。这就是光刻的作用。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。

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。

在广义上,光刻包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面
1、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。

2、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。
光刻技术在狭义上,光刻工艺仅指光复印工艺。

光刻技术的发展
1947年,贝尔实验室发明第一只点接触晶体管。从此光刻技术开始了发展。

1959年,世界上第一架晶体管计算机诞生,提出光刻工艺,仙童半导体研制世界第一个适用单结构硅晶片。

1960年代,仙童提出CMOS IC制造工艺,第一台IC计算机IBM360,并且建立了世界上第一台2英寸集成电路生产线,美国GCA公司开发出光学图形发生器和分布重复精缩机。

1970年代,GCA开发出第一台分布重复投影曝光机,集成电路图形线宽从1.5μm缩小到0.5μm节点。

1980年代,美国SVGL公司开发出第一代步进扫描投影曝光机,集成电路图形线宽从0.5μm缩小到0.35μm节点。

1990年代,Cano1995年着手300mm晶圆曝光机,推出EX3L和5L步进机;ASML推出FPA2500,193nm波长步进扫描曝光机。光学光刻分辨率到达70nm的“极限”。

2000年以来,在光学光刻技术努力突破分辨率“极限”的同时,NGL正在研究,包括极紫外线光刻技术,电子束光刻技术,X射线光刻技术,纳米压印技术等。


光学光刻技术
光学光刻是通过广德照射用投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形画在涂有光刻胶的硅片上,通过光的照射,光刻胶的成分发生化学反应,从而生成电路图。限制成品所能获得的最小尺寸与光刻系统能获得的分辨率直接相关,而减小照射光源的波长是提高分辨率的最有效途径。因为这个原因,开发新型短波长光源光刻机一直是各个国家的研究热点。

除此之外,根据光的干涉特性,利用各种波前技术优化工艺参数也是提高分辨率的重要手段。这些技术是运用电磁理论结合光刻实际对曝光成像进行深入的分析所取得的突破。其中有移相掩膜、离轴照明技术、邻近效应校正等。运用这些技术,可在目前的技术水平上获得更高分辨率的光刻图形。
20世纪70—80年代,光刻设备主要采用普通光源和汞灯作为曝光光源,其特征尺寸在微米级以上。90年代以来,为了适应IC集成度逐步提高的要求,相继出现了g谱线、h谱线、I谱线光源以及KrF、ArF等准分子激光光源。目前光学光刻技术的发展方向主要表现为缩短曝光光源波长、提高数值孔径和改进曝光方式。

光刻机应用
光刻机可广泛应用于微纳流控晶片加工、微纳光学元件、微纳光栅、NMEMS器件等微纳结构器件的制备。


还有一个和光刻机齐名的,刻蚀机。
芯片的制造最重要的三个环节就是光刻,刻蚀和沉积,其中,光刻是最复杂、最关键、成本最高、耗时最高的环节。刻蚀的成本仅次于光刻,重要性也在不断上升,而薄膜沉积也是必不可少的重要工序,在制造中,为了实现大型集成电路的分层结构,需要反复进行沉积-刻蚀-沉积的过程。
虽然光刻机受到其他国家的限制,但刻蚀机不同,已经完全实现了弯道超车,光刻机的作用就是在这个小芯片之上雕刻了数以亿计的晶体管和电子元件,那刻蚀机的作用是什么呢?

刻蚀机是什么
从刻蚀的定义和原理上我们知道,它其实就是在晶圆上刻画电路图的过程。

实际上狭义理解就是光刻腐蚀,先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理,然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。随着微制造工艺的发展;广义上来讲,刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称,成为微加工制造的一种普适叫法。


刻蚀机的原理
感应耦合等离子体刻蚀法(InducTIvely CoupledPlasma Etch,简称ICPE)是化学过程和物理过程共同作用的结果。它的基本原理是在真空低气压下,ICP 射频电源产生的射频输出到环形耦合线圈,以一定比例的混合刻蚀气体经耦合辉光放电,产生高密度的等离子体,在下电极的RF 射频作用下,这些等离子体对基片表面进行轰击,基片图形区域的半导体材料的化学键被打断,与刻蚀气体生成挥发性物质,以气体形式脱离基片,从真空管路被抽走。

国内的刻蚀机设备制造商这几年正在奋起直追,并且已经取得了非常可喜的成果。其中有代表性的是上海中微半导体公司和北京的北方华创科技公司。他们在国产刻蚀机设备技术突破方面有重要的贡献。

在2017年,中微半导体研发的7nm等离子体刻蚀机已经在国际一流的集成电路生产线上量产使用,而2019年12月,中微半导体CEO尹志尧也曾透露,他们5nm蚀刻机已经得到了台积电认可,将用于台积电5nm芯片的产线。