在芯片制造领域,光刻机被誉为“半导体工业皇冠上的明珠”,是生产芯片的核心设备。 而最近几年,随着国际局势变化,我国越来越意识到芯片自主可控的重要性,而作为芯片制造的关键装备,光刻机技术的突破自然成为重中之重。因此这几年我国光刻机技术有了非常快的发展。
现代光刻机的三大“心脏”
光刻机的工作原理,简单来说,就是“拍照”和“洗照片”。
它把设计好的复杂电路图(底片/掩模版),通过光束(闪光灯),缩小并投射到涂有光刻胶(感光底片)的硅晶圆上。
要完成这个过程,离不开三大核心系统的完美配合:
1. 光源系统(Light Source):极纯之光,能量的源头
原理: 想要刻出更细的线条,必须用波长更短的光。从早期的汞灯,到DUV(深紫外,193nm),再到目前最先进的EUV(极紫外,13.5nm)。
技术难度: EUV光源的产生极其“暴力”。它需要用高功率二氧化碳激光器,以每秒5万次的频率,轰击头发丝直径的锡液滴,使其瞬间气化成等离子体,从而发出极紫外光。
2. 光学系统(Optical System):极限纠错,光影的魔术
原理: 光线产生后,需要经过复杂的透镜(DUV)或反射镜(EUV)系统,将电路图的光路进行缩印(通常是4:1缩小)和聚焦。
技术难度: 蔡司(Zeiss)为EUV打造的反射镜,其平整度要求达到了“令人发指”的程度:如果把镜面放大到地球那么大,其表面的起伏不能超过一根头发丝(0.2毫米)。哪怕有一点点误差,光线就会跑偏,芯片就会报废。
3. 双工件台系统(Twinscan):动静之间,精微的掌控
原理: 光刻机不仅要刻得细,还要刻得快。双工件台允许两个工作台同时工作:一个在“曝光”,另一个在“测量”和“预对准”,然后瞬间交换位置。
技术难度: 这两个几百公斤重的台子,需要在高速运动中急停,且定位精度要达到纳米级(几纳米)。这相当于两架超音速飞机并排飞行,要把一把刀扔给另一架飞机上的厨师切菜,还得切得整整齐齐。
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