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光刻機原理,通俗易懂理解光刻機作用

來源:互聯網企業網站、知乎問答 發布時間:2019-09-03 13:58

一、光刻機是干嘛的?
光刻機就是個“投影儀”,把我們想要的影子投影到幕布上。芯片那么精細,是怎么生產出來的呢?用刀刻?用水沖?都不行,因為芯片太精細了,動輒幾十nm的線條,日常沒有什么材料能做成這么精細的刻刀。所以我們就想了一個辦法,用光線來刻,這也就是光刻機。怎么個用光刻法呢?我們都用過膠卷相機吧,膠片平日里是黑色的,不能見光的,一旦見光就會變白,我們也找了一種一見光就“易溶解”的特殊膠片。當我們想要在芯片上刻一個圓圈的時候,我們就在芯片上涂上這種特殊膠片,拿一個圓圈光照上去,再經過一些列后續處理,我們在這個芯片上就做出了一個圓圈圖形了對吧。光刻機就是用這種膠片來刻出圖形的。剩下的問題是,我們怎么把一種我們想要的特定圖形打到膠片上呢?我們見過老式投影儀吧,原理跟皮影戲是一樣的,做一個“剪紙”,拿燈光一照,這個剪紙就映在幕布上了。我們也想辦法在光刻機里做了這樣的“剪紙”,拿光源一照,這個剪紙就映在膠片上了。以上就是光刻機的通俗理解。

知乎網友,作者:晚飯,大家怎么看這個解釋?

二、光刻機原理

光刻機(Mask Aligner) 又名:掩模對準曝光機,曝光系統,光刻系統等。常用的光刻機是掩膜對準光刻,所以叫 Mask Alignment System.

一般的光刻工藝要經歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序。
Photolithography(光刻) 意思是用光來制作一個圖形。

在硅片表面勻膠,然后將掩模版上的圖形轉移光刻膠上的過程將器件或電路結構臨時“復制”到硅片上的過程。

下面,簡單介紹一下圖中各設備的作用。

1、測量臺、曝光臺:承載硅片的工作臺,也就是本次所說的雙工作臺。

2、光束矯正器:矯正光束入射方向,讓激光束盡量平行。

3、能量控制器:控制最終照射到硅片上的能量,曝光不足或過足都會嚴重影響成像質量。

4、光束形狀設置:設置光束為圓型、環型等不同形狀,不同的光束狀態有不同的光學特性。

5、遮光器:在不需要曝光的時候,阻止光束照射到硅片。

6、能量探測器:檢測光束最終入射能量是否符合曝光要求,并反饋給能量控制器進行調整。

7、掩模版:一塊在內部刻著線路設計圖的玻璃板,貴的要數十萬美元。

8、掩膜臺:承載掩模版運動的設備,運動控制精度是nm級的。

9、物鏡:物鏡由20多塊鏡片組成,主要作用是把掩膜版上的電路圖按比例縮小,再被激光映射的硅片上,并且物鏡還要補償各種光學誤差。技術難度就在于物鏡的設計難度大,精度的要求高。

10、硅片:用硅晶制成的圓片。硅片有多種尺寸,尺寸越大,產率越高。題外話,由于硅片是圓的,所以需要在硅片上剪一個缺口來確認硅片的坐標系,根據缺口的形狀不同分為兩種,分別叫flat、notch。

11、內部封閉框架、減振器:將工作臺與外部環境隔離,保持水平,減少外界振動干擾,并維持穩定的溫度、壓力。

三、認清光刻機性能指標
1、光刻機的主要性能指標有:支持基片的尺寸范圍,分辨率、對準精度、曝光方式、光源波長、光強均勻性、生產效率等。

2、分辨率是對光刻工藝加工可以達到的最細線條精度的一種描述方式。光刻的分辨率受受光源衍射的限制,所以與光源、光刻系統、光刻膠和工藝等各方面的限制。

3、對準精度是在多層曝光時層間圖案的定位精度。

4、曝光方式分為接觸接近式、投影式和直寫式。

5、曝光光源波長分為紫外、深紫外和極紫外區域,光源有汞燈,準分子激光器等。

四、光刻機作用

光刻機是微電子整備的空頭,其具有技術難度最高、單臺成本最大、決定集成密度等特點。

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