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光刻機(jī)是如何出現(xiàn)的?制造難度大嗎?

更新時(shí)間:2022-12-15  |  點(diǎn)擊率:666
  近半個(gè)世紀(jì)以來(lái),硅一直是世界科技繁榮的重點(diǎn),芯片制造商幾乎都在壓榨它的生命。傳統(tǒng)上用于制造芯片的技術(shù)在2005年左右達(dá)到了極限。那時(shí),芯片制造商將不得不尋求其它技術(shù),將更多的晶體管塞到硅板上,而光刻機(jī)的出現(xiàn)很好幫助了芯片制造商解決這一煩惱,從而制造出更強(qiáng)大的芯片。下面就來(lái)詳細(xì)了解一下!
 
  光刻機(jī)必須把工程師繪制的電路板精確無(wú)誤的投到硅晶圓上,不允許有絲毫誤差,可見(jiàn)難度之高!
 
  將晶體管封裝到芯片上的傳統(tǒng)工藝被稱為“深紫外光刻”(DUV),這是一種類似攝影技術(shù)的技術(shù),通過(guò)透鏡聚焦光線,在硅晶片上刻出電路圖案。由于受到物理定律的影響,這種技術(shù)可能很快就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。利用極紫外線(EUV)光在硅晶片上雕刻,將使芯片的速度比快100倍,并使存儲(chǔ)器芯片具有類似的存儲(chǔ)容量增長(zhǎng)。
 
  1、芯片制造:
  光刻與攝影相似,它利用光將圖像轉(zhuǎn)移到基板上。就照相機(jī)而言,它的基板是膠卷,而硅是用于芯片制造的傳統(tǒng)基板。掩模就像電路圖案的模板,為了在芯片上創(chuàng)建集成電路設(shè)計(jì),光被定向到一個(gè)掩模上。光線穿過(guò)掩模,然后通過(guò)一系列光學(xué)透鏡將圖像縮小,這個(gè)小圖像被投射到硅或半導(dǎo)體晶片上。
  晶圓上覆蓋著一種叫做光刻膠的感光液體塑料。掩模被放置在晶圓上,當(dāng)光線穿過(guò)掩模照射到硅片上時(shí),它會(huì)使沒(méi)有被掩模覆蓋的光刻膠變硬。不暴露在光下的光刻膠仍然有點(diǎn)粘糊糊,并且會(huì)被化學(xué)清洗掉,只剩下硬化的光刻膠和暴露在外的硅片。
  制造更強(qiáng)大的芯片的關(guān)鍵是光的波長(zhǎng)大小。波長(zhǎng)越短,可以蝕刻到硅片上的晶體管就越多。更多的晶體管等于一個(gè)更強(qiáng)大、更快的微處理器。在2001年,深紫外光刻使用的波長(zhǎng)為240納米。隨著芯片制造商將波長(zhǎng)減少到100納米,他們將需要一種新的芯片制造技術(shù)。使用深紫外光蝕刻技術(shù)的問(wèn)題是,當(dāng)光的波長(zhǎng)變小時(shí),光會(huì)被用于聚焦的玻璃透鏡吸收。結(jié)果是光線無(wú)法到達(dá)硅片上,因此晶圓上沒(méi)有產(chǎn)生電路圖案。這個(gè)時(shí)候,極紫外光刻技術(shù)就登場(chǎng)了。
 
  2、極紫外光刻原理:
  從2001年起,用深紫外光刻技術(shù)制造的芯片使用的是248納米的光,也有一些制造商使用193納米光。有了極紫外光刻技術(shù),芯片將用13納米的光制造。基于波長(zhǎng)越小成像效果越好的定律,13納米光將提高投射到硅片上的圖案質(zhì)量,從而提高芯片的速度。
  但整個(gè)過(guò)程必須在真空中進(jìn)行,因?yàn)檫@些光的波長(zhǎng)很短,連空氣都會(huì)吸收它們。此外,EUVL使用了涂有多層鉬和硅的凹面和凸面鏡,這種涂層可以在13.4納米的波長(zhǎng)下反射近70%的EUV光。如果沒(méi)有涂層,光線在到達(dá)晶圓片之前就會(huì)被吸收。鏡子的表面必須近乎完好,即使是涂層上的微小缺陷也會(huì)破壞光學(xué)器件的形狀,扭曲印刷電路的圖形,從而導(dǎo)致芯片功能上的問(wèn)題。
  目前,先進(jìn)的光刻機(jī)是極紫外光刻機(jī),它已經(jīng)制造了數(shù)十億顆7nm芯片了。甚至有芯片制造商聲稱,用極紫外光刻技術(shù)生產(chǎn)的5nm芯片的不良率比7nm芯片更低。