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光刻機是如何出現的?制造難度大嗎?

更新時間:2022-12-15  |  點擊率:779
  近半個世紀以來,硅一直是世界科技繁榮的重點,芯片制造商幾乎都在壓榨它的生命。傳統上用于制造芯片的技術在2005年左右達到了極限。那時,芯片制造商將不得不尋求其它技術,將更多的晶體管塞到硅板上,而光刻機的出現很好幫助了芯片制造商解決這一煩惱,從而制造出更強大的芯片。下面就來詳細了解一下!
 
  光刻機必須把工程師繪制的電路板精確無誤的投到硅晶圓上,不允許有絲毫誤差,可見難度之高!
 
  將晶體管封裝到芯片上的傳統工藝被稱為“深紫外光刻”(DUV),這是一種類似攝影技術的技術,通過透鏡聚焦光線,在硅晶片上刻出電路圖案。由于受到物理定律的影響,這種技術可能很快就會出現問題。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,并使存儲器芯片具有類似的存儲容量增長。
 
  1、芯片制造:
  光刻與攝影相似,它利用光將圖像轉移到基板上。就照相機而言,它的基板是膠卷,而硅是用于芯片制造的傳統基板。掩模就像電路圖案的模板,為了在芯片上創建集成電路設計,光被定向到一個掩模上。光線穿過掩模,然后通過一系列光學透鏡將圖像縮小,這個小圖像被投射到硅或半導體晶片上。
  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,當光線穿過掩模照射到硅片上時,它會使沒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粘糊糊,并且會被化學清洗掉,只剩下硬化的光刻膠和暴露在外的硅片。
  制造更強大的芯片的關鍵是光的波長大小。波長越短,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更強大、更快的微處理器。在2001年,深紫外光刻使用的波長為240納米。隨著芯片制造商將波長減少到100納米,他們將需要一種新的芯片制造技術。使用深紫外光蝕刻技術的問題是,當光的波長變小時,光會被用于聚焦的玻璃透鏡吸收。結果是光線無法到達硅片上,因此晶圓上沒有產生電路圖案。這個時候,極紫外光刻技術就登場了。
 
  2、極紫外光刻原理:
  從2001年起,用深紫外光刻技術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,芯片將用13納米的光制造。基于波長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量,從而提高芯片的速度。
  但整個過程必須在真空中進行,因為這些光的波長很短,連空氣都會吸收它們。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納米的波長下反射近70%的EUV光。如果沒有涂層,光線在到達晶圓片之前就會被吸收。鏡子的表面必須近乎完好,即使是涂層上的微小缺陷也會破壞光學器件的形狀,扭曲印刷電路的圖形,從而導致芯片功能上的問題。
  目前,先進的光刻機是極紫外光刻機,它已經制造了數十億顆7nm芯片了。甚至有芯片制造商聲稱,用極紫外光刻技術生產的5nm芯片的不良率比7nm芯片更低。

 

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