为什么中国人自己不会做光刻机,它的核心技术是什么

为什么中国人自己不会做光刻机,它的核心技术是什么?
    现在网络媒体往往是用芯片代替半导体、集成电路、晶圆等词汇,严格来说,这些词汇之间还是有所差异的。芯片在这里的用法也跟网络媒体的一致。
厂商在制造芯片的过程,其实是个相当复杂的过程,芯片是多个学科共同作用的结晶。厂商在制造芯片的过程中,从前端工序、到晶圆制造工序,之后再到封装和测试工序,主要用到的设备依次包括,单晶炉、气相外延炉、氧化炉、低压化学气相沉积系统、磁控溅射台、光刻机、刻蚀机、离子注入机、晶片减薄机、晶圆划片机、键合封装设备、测试机、分选机和探针台等。其中,厂商必须要利用光刻机,才能把掩模版上的图形(电路结构)临时“复印”到硅片等半导体基材(表面已均匀涂有光刻胶)上,以便开展下一步工序。可以这样说,光刻机在芯片制造工序中是最核心的设备。台积电、三星电子、英特尔等晶圆制造厂商要投产越先进的制程工艺,就必须采用更加精密且复杂的光刻机,对光刻机的要求包括高频率的激光光源、光掩模的对位精度、设备的稳定性等。越是先进的光刻机,便是集合了多领域中的尖端技术于一体。碰撞打靶实验
▲晶圆制造中的七个主生产区。
▲中国上海微电子的光刻机。
其实这些年来,国内早就有设备厂商,以及研究机构在对光刻机进行研发。如上海微电子、中电科四十五所、中电科四十八所等。所以并不是中国人自己不研制光刻机,尤其是研制前道光刻机,而是因为在研制出达到国际一流的光刻机中,所面临的困难既太多,又太难。至于光刻机的核心技术都有什么?这其实由专家们合作写出一本厚厚的书最好,我这里用几百上千的文字充其量就只能说到些皮毛。
自然界大事件总部位于荷兰的ASML脱胎于飞利浦,于1984年成立,至今所经营的产品主要还是光刻机。ASML凭借自己多年在行业中所积累的技术和经验,在2017年取得的收入又创出新高,净利润也同步大增。ASML的收入大致分为两个部分,一个是通过向客户供应极紫外EUV、深紫外DUV光刻机等设备获得的收入(在ASML当年的营收中占比达七成左右),另一个就是为客户提供设备安装、系统升级等服务获得的收入(在ASML当年的营收中占比约三成)。
目前,在行业中知名度较高的厂商,除了ASML外,另两家是日本的尼康和佳能。德国SUSS、美国MYCRO、以及在中国的某些设备厂商,能够向客户提供低端的接触式和接近
式光刻机。而前面已经列举到的上海微电子,则研发出了中端的投影式光刻机。
在业界中,ASML主要推行的是部件外包、合作研发技术的策略,并专注于对核心技术的研发,力求为客户提供好的技术与服务方案。自2000年ASML向市场推出双工作台的设备后,便在市场中逐步居于主导的地位,设备的精密度与工作效率均在行业中领先。尼康和佳能则偏重于自研技术的策略,事后表明,这确实反倒限制了尼康和佳能的产品。如今尼康和佳能在新一代的光刻机市场上基本是彻底败给了ASML。尼康和佳能的光刻机,现主要集中在KrF或者ArF光刻机,面向对精度要求不高的工艺制程,如用于LED与面板制造行业的投影光刻机、芯片封装环节中的后道光刻机等。况且,尼康和佳能也已进一步缩减对光刻机的研发费用。周施雄
最早的光刻机采用的是接触式曝光,即人们把掩模直接贴在晶圆上片进行曝光,不过这很容易污染制程和缩短掩模的寿命。后来有了接近式光刻机,即人们利用气垫在掩模与硅片之间制造微小空隙,然而,这对成像精度造成了影响。后再到上个世纪的80年代,人们利用光学镜头来调整距离与改善成像质量,才达到了微米以下的精度。
全球化战略1986年,ASML向市场推出步进式光刻机,提高了掩模的使用效率和光刻精度,让芯片的瓦斯抽放系统
微软中国研究院制造工艺在过去的基础上直接上了一个新台阶。2001年,ASML向市场推出双工作台的设备(过去均为一个工作台),使得光刻机能在一个工作台进行曝光晶圆片,在另一个工作台进行预对准工作,并在第一时间得到结果反馈,生产效率比过去提高35%,精度比过去提高10%。ASML开发出双工作台的系统,在技术上的难度并不小,对工作台的转移速度和精度有极高的要求。ASML独创的磁悬浮工作台系统,使得系统能够克服摩擦系数和阻尼系数,使得系统的加工速度和精度超过了机械式和气悬式工作台。2007年,ASML向市场推出浸没式系统,在原有的光源基础上缩短了光波的波长,从此在行业中确立了领头羊的地位。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。浸没式光刻与二次曝光,同样为后面极紫外光刻机的问世奠定了基础。

本文发布于:2024-09-23 12:21:23,感谢您对本站的认可!

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