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在Fab中,光刻机有哪些种类?分别应用在什么节点?

09/09 11:05
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半导体制造中,光刻机是 “芯片之母”,其性能决定芯片制程精度与集成度。按曝光机制,光刻机主要分为直写光刻、接近接触式光刻、光学投影光刻(含 i-line 光刻)及浸没式光刻四类,支撑不同层级半导体生产需求。

直写光刻:掩模版制造核心

直写光刻无需掩模版,以激光或电子束在光刻胶上绘图形,是掩模版制造与小批量芯片生产的关键。其分辨率受光源与控制系统影响,差异较大。如英国 MicroWriter ML3 系统分辨率 0.6μm-1μm,适用于 MEMS传感器研发;国内苏大维格系统基于 DMD 的 SLM 技术,支持 500nm 任意图形光刻,特定图形精度达 100nm。但该技术生产效率低,仅用于研发与定制化场景。

接近接触式光刻:低成本之选

接近接触式光刻含接触式与接近式,成本低、操作简,在低端领域有应用。接触式工作时掩模版与光刻胶直接接触,分辨率高于 0.5μm,部分达 0.3μm,适用于基础电子元件生产,但易磨损掩模版、污染光刻胶,增加成本。

接近式则在两者间留 5-50μm 间隙,避免损伤,却因衍射效应导致分辨率下降,极限约 2μm。目前该类技术因精度不足,逐步被光学投影光刻取代,仅少量用于低精度分立器件生产。

光学投影光刻:量产中坚

光学投影光刻通过光学系统聚焦、缩小掩模版图形至硅片,结合步进运动实现高精度量产,是主流技术。按光源波长,可分 i-line、KrF、ArF 光刻,分辨率随波长缩短提升。

i-line 光刻以 365nm 汞灯为光源,分辨率 1μm-0.35μm,部分支持 0.25μm 制程,曾广泛用于逻辑与存储芯片生产,现仍在汽车电子工业控制等领域发挥作用,优势是技术成熟、维护成本低。

采用 248nm 波长氟化氪(KrF)准分子激光器的光刻机,分辨率大幅提升,可将制程节点推进到 180-130nm,成为早期智能手机芯片与高端存储芯片的生产主力;

193nm 波长氟化氩(ArF)准分子激光器的光刻机,凭借更短的波长与更优的光学设计,制程能力进一步缩小至 130-65nm,至今仍是中高端芯片量产的重要设备,在 28nm 成熟制程芯片生产中仍占据关键地位。

浸没式光刻:突破极限

浸没式光刻在物镜与光刻胶间填高折射率液体(如纯水),使 193nm 波长折算为 134nm,分辨率达 14nm。结合多重曝光技术,可延伸至 7nm 制程,是 7nm-22nm 芯片生产核心,被台积电、三星、英特尔等全球顶尖芯片制造企业广泛采用。

极紫外(EUV)光刻机是其高端分支,用 13.5nm 光源,如 ASML TWINSCAN EXE:5000 分辨率达 8nm,直接支持 5nm-2nm 制程,是先进芯片量产关键,但技术复杂、成本高,仅少数企业掌握。

不同类型光刻机构成半导体制造技术体系,随芯片制程突破,其技术将持续迭代,为产业发展提供支撑。

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目前就就职于Foundry大厂工艺整合工程师,每天坚持更新行业知识和半导体新闻动态,欢迎沟通交流,与非网资深PIE。欢迎关注微信公众号:国芯制造

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