走近ASML光刻机 了解bv1946韦德在光刻机中的应用

来源:元禄光电    关键词:光刻机, bv1946韦德技术,    发布时间:2019-05-27

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导读

上海微电子装备公司总经理贺荣明去德国考察时,有工程师告诉他:给你们全套图纸,也做不出来。贺荣明几年后理解了这句话。

 

光刻机,被称为现代光学工业之花,制造难度非常大,全世界只有少数几家公司能够制造。其售价高达7000万美金。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。

 

在能够制造机器的这几家公司中,尤其以荷兰(ASML)技术最为先进。价格也最为高昂。光刻机的技术门槛极高,堪称人类智慧集大成的产物。

 

“十二五”科技成就展览上,上海微电子装备公司(SMEE)生产的中国最好的光刻机,与中国的大飞机、登月车并列。它的加工精度是90纳米,相当于2004年上市的奔腾四CPU的水准。国外已经做到了十几纳米。

 

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ASML光刻机的简易工作原理图

 

简单介绍一下图中各设备的作用:

测量台、曝光台:承载硅片的工作台,也就是双工作台。一般的光刻机需要先测量,再曝光,只需一个工作台,而ASML有个专利,有两个工作台,实现测量与曝光同时进行。而本次“光刻机双工件台系统样机研发”项目则是在技术上突破ASML对双工件台系统的技术垄断。

 

bv体育app: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bv1946韦德束尽量平行。

 

能量控制器:控制最终照射到硅片上的能量,曝光不足或过足都会严重影响成像质量。

 

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。

 

能量探测器:检测光束最终入射能量是否符合曝光要求,并反馈给能量控制器进行调整。

 

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:物镜由20多块镜片组成,主要作用是把掩膜版上的电路图按比例缩小,再被bv1946韦德映射的硅片上,并且物镜还要补偿各种光学误差。技术难度就在于物镜的设计难度大,精度的要求高。

 

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flatnotch

 

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。

 

光刻机制造难度有多大?

光刻机跟照相机差不多,它的底片,是涂满光敏胶的硅片。电路图案经光刻机,缩微投射到底片,蚀刻掉一部分胶,露出硅面做化学处理。制造芯片,要重复几十遍这个过程。

 

位于光刻机中心的镜头,由20多块锅底大的镜片串联组成。镜片得高纯度透光材料+高质量抛光。SMEE光刻机使用的镜片,得数万美元一块。

 

ASML的镜片是蔡司技术打底。镜片材质做到均匀,需几十年到上百年技术积淀。

 

“同样一个镜片,不同工人去磨,光洁度相差十倍。”SMEE总经理贺荣明说,他在德国看到,抛光镜片的工人,祖孙三代在同一家公司的同一个职位。

 

另外,光刻机需要体积小,但功率高而稳定的光源。ASML的顶尖光刻机,使用波长短的极紫外光,光学系统极复杂。有顶级的镜头和光源,没极致的机械精度,也是白搭。光刻机里有两个同步运动的工件台,一个载底片,一个载胶片。两者需始终同步,误差在2纳米以下。两个工作台由静到动,加速度跟导弹发射差不多。贺荣明说:“相当于两架大飞机从起飞到降落,始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀,在另一架飞机的米粒上刻字,不能刻坏了。”而且,温湿度和空气压力变化会影响对焦。“机器内部温度的变化要控制在千分之五度,得有合适的冷却方法,精准的测温传感器。”贺荣明说。SMEE最好的光刻机,包含13个分系统,3万个机械件,200多个传感器,每一个都要稳定。像欧洲冠军杯决赛,任何一个人发挥失常就要输球。

 

ASML光刻机设备图

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世界上最贵精密仪器出厂地

目前全球只有一家企业在光刻机市场上占据了80%的份额,就是处于荷兰的ASML,旗下所研发的EUV光刻机曾售价高达1亿美元一台,而且还不一定有货。皆因每台光刻机的装配大约需要50000个零件左右。国际上著名的芯片制造商如Intel、台积电、三星都是它名下的股东。

 

阿斯麦公司ASML Holding NV创立于1984年,是从飞利浦独立出来的一个半导体设备制造商。前称ASM Lithography Holding N.V.,于2001年改为现用名,总部位于荷兰费尔德霍芬,全职雇员12,168人,是一家半导体设备设计、制造及销售公司。