一分钟看懂芯片制造全过程

[导读]作为芯片生产过程中最关键设备的光刻机，有着极高的技术壁垒，有“半导体工业皇冠上的明珠”之称，代表着人类文明的智慧结晶。在芯片这样一个争分夺秒的行业里，时间就是金钱。据ASML官方介绍，ASML也一直在追求光刻机极致的速度，目前最先进的DUV光刻机，每小时可以完成300片晶圆的光刻...

作为芯片生产过程中最关键设备的光刻机，有着极高的技术壁垒，有“半导体工业皇冠上的明珠”之称，代表着人类文明的智慧结晶。在芯片这样一个争分夺秒的行业里，时间就是金钱。据ASML官方介绍，ASML也一直在追求光刻机极致的速度，目前最先进的DUV光刻机，每小时可以完成300片晶圆的光刻生产。换算一下，完成一整片晶圆只需要12秒，这还得扣除掉晶圆交换和定位的时间，实际光刻时间要更短。而一片晶圆的光刻过程，需要在晶圆上近100个不同的位置成像电路图案，所以完成1个影像单元（Field）的曝光成像也就约0.1秒。要实现这个成像速度，晶圆平台在以高达7g的加速度高速移动。F1赛车从0到100km/h加速约需要2.5秒，而晶圆平台的7g加速度，若从0加速到100km/h只要约0.4秒。DUV是深紫外线，EUV是极深紫外线。从制程工艺来看，DUV只能用于生产7nm及以上制程芯片。而只有EUV能满足7nm晶圆制造，并且还可以向5nm、3nm继续延伸。一分钟看懂芯片制造全过程↓↓↓芯片制造是一层层向上叠加的，最高可达上百次叠加。每一次的叠加，都必须和前一次完美重叠，重叠误差要求是1~2纳米。而晶圆从传送模组放置在晶圆平台上，会产生一定的机械误差，而精密机械的误差是微米等级（1微米=1,000纳米）。每次曝光之前，必须针对每片晶圆做精密的量测，截取到晶圆每一个区块纳米等级的微小误差。在曝光阶段实时校正，达到纳米等级的准度。光刻机以极高的加速度进行扫描曝光，在不到0.1秒的时间，又要急停并回头往反方向扫描，这么大的力量如果不做控制，会让整机产生振动，是不可能达到完美成像的。ASML光刻机利用所谓的balance mass来吸收平衡晶圆平台所施加于机座的反作用力，使整座机台完全静止。我们国产自主研发也突破了光刻机设备上非常多的核心零部件，包括双工件台、物镜系统、浸没系统和光源系统等等。双工件台由华卓精科负责，上海微电子也能提供整机装备，光源系统有望通过中科院的高能同步辐射光源设备来解决。在国产光刻机领域，先是中科院的高能同步辐射光源设备，然后是中科科美的两大镀膜装置，分别可以解决国产光刻机在光源以及光学镜头的需求。由中科院高能物理研究所参与承建的高能同步辐射光源设备，已经实现安装。这项高能同步辐射光源也被央视公开“点名”，用了较长篇幅进行报道。中科科美分别研制了直线式劳埃透镜镀膜装置和纳米聚焦镜镀膜装置。这两项装置主要面向光刻机的镜头配备，有了这些镀膜装置，可以很大程度提高国产光刻机在光学镜头上的水准。虽然我们制造出整台EUV光刻机还有一段距离，但是随着每一项技术的进步，都在奠定国产光刻机的未来，加速国产光刻机的发展。而且推动了国产光刻机从成熟工艺到高端工艺的迈进。一旦成功掌握，中国可能会生产出更便宜，成本更低的光刻机设备。事实证明，外界的限制因素只会让国产科技发展得更快，没有什么力量是可以阻止国产科技崛起的。对国产光刻机你有什么看法呢？END