贸易战一波三折,目前两方还是在互怼的状态。。。6 月 15 日,美国白宫宣布对从中国进口的、含重要工业技术的 500 亿美元商品征收 25%的关税,并提到这些商品与“中国制造 2025”相关。中国方面立即做出回应,将对等反击美国挑起的贸易战。6 月 16 日,国务院税委会宣布对美国出口至中国的 695 项约 500 亿商品加收关税,具体也分成两类:对农产品、汽车、水产品等 545 项商品自 2018 年 7 月 6 日起加征 25%关税;对化工品、医疗设备、能源产品等 114 项商品,加征关税实施时间另行公告。

 


大大说过:核心技术是化缘不来的。是的,这个时间段正是我们抓紧补漏的阶段,尤其是在半导体行业等重点薄弱领域,做好自身实力上的储备。

 

前不久,长江存储迎来了一台来自于荷兰的光刻机,可谓是为芯片制造产业增添一件利器!这台光刻机同样来自荷兰 ASML,193nm 沉浸式设计,可生产 20-14nm 工艺的 3DNAND 闪存晶圆,售价达 7200 万美元,约合人民币 4.6 亿元。这台光刻机的加盟,意义真是非凡!

 


标志着中国在生产设备上与其他尖端芯片制造强国处于同一水平上,相信国产 SSD 固态硬盘能够更上一层楼。

 

那么,什么是光刻机呢?本节小编就带大家一起认识一下光刻机。

 

一、什么是光刻机?

光刻机(Mask Aligner) 又名:掩模对准曝光机,曝光系统,光刻系统等。常用的光刻机是掩膜对准光刻,所以叫 Mask Alignment System。

 


当然,光刻机是用来制作芯片的,所以我们来介绍一下基本的芯片制造工艺中的光刻工艺。

 

一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。

 

Photolithography(光刻) 意思是用光来制作一个图形(工艺);在硅片表面匀胶,然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。

 

在我们知道了光刻机的作用之后,相信大家会疑问:光刻机有哪些种类呢?

 

二、光刻机的品牌

光刻机的品牌众多,大致在层次上可以分为高档和低档两类::

 

高端的投影式光刻机可分为步进投影和扫描投影光刻机两种,分辨率通常在十几纳米至几微米之间,高端光刻机号称世界上最精密的仪器,世界上已有 7000 万美金的光刻机。

 


高端光刻机堪称现代光学工业之花,其制造难度之大,全世界只有少数几家公司能够制造。国外品牌主要以荷兰 ASML(镜头来自德国),日本 Nikon(intel 曾经购买过 Nikon 的高端光刻机)和日本 Canon 三大品牌为主。

 

生产线和研发用的低端光刻机为接近、接触式光刻机,分辨率通常在数微米以上。主要有德国 SUSS、美国 MYCRO NXQ4006、以及中国品牌。

 

那么,光刻机在原理上可以分为哪几类呢?

 

三、光刻机的种类

光刻机在原理上可以分为三类:接触式光刻机、接近式光刻机、投影式光刻机。

 


接触式光刻机,来源于它的曝光方式:采用了接触式曝光的形式,就是掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当,设备简单。接触式,根据施加力量的方式不同又分为:软接触,硬接触和真空接触。软接触 就是把基片通过托盘吸附住(类似于匀胶机的基片放置方式),掩膜盖在基片上面;硬接触 是将基片通过一个气压(氮气),往上顶,使之与掩膜接触;真空接触 是在掩膜和基片中间抽气,使之更加好的贴合(想一想把被子抽真空放置的方式)。

 

接触式光刻机虽然简单,但是存在一些问题:光刻胶污染掩膜板;掩膜板的磨损,容易损坏,寿命很低(只能使用 5~25 次);容易累积缺陷;上个世纪七十年代的工业水准,已经逐渐被接近式曝光方式所淘汰了,国产光刻机均为接触式曝光,国产光刻机的开发机构无法提供工艺要求更高的非接触式曝光的产品化,所以中国的光刻机研发还要加把力!

 


接近式光刻机采用了接近式曝光的方式,掩膜板与光刻胶基底层保留一个微小的缝隙(Gap),Gap 大约为 0~200μm。可以有效避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤,使掩膜和光刻胶基底能耐久使用;掩模寿命长(可提高 10 倍以上),图形缺陷少。接近式在现代光刻工艺中应用最为广泛。

作为现在最为高端的技术,投影式光刻机代表了光刻机领域的最先进技术。它采用了投影式曝光的技术,在掩膜板与光刻胶之间使用光学系统聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的 4 倍制作。

 

优点:提高了分辨率;掩膜板的制作更加容易;掩膜板上的缺陷影响减小。

 

作为一项最为先进可靠的技术,它需要不断地进行技术革新,以保持持续的领先,投影式光刻机也不例外。随着器件尺寸的不断变小,投影式光刻机也在不断地进行技术调整。

 


扫描投影曝光(Scanning Project Printing)。70 年代末~80 年代初,〉1μm 工艺;掩膜板 1:1,全尺寸;

 

步进重复投影曝光(Stepping-repeating Project Printing 或称作 Stepper)。80 年代末~90 年代,0.35μm(I line)~0.25μm(DUV)。掩膜板缩小比例(4:1),曝光区域(Exposure Field)22×22mm(一次曝光所能覆盖的区域)。增加了棱镜系统的制作难度。

 

扫描步进投影曝光(Scanning-Stepping Project Printing)。90 年代末~至今,用于≤0.18μm 工艺。采用 6 英寸的掩膜板按照 4:1 的比例曝光,曝光区域(Exposure Field)26×33mm。优点:增大了每次曝光的视场;提供硅片表面不平整的补偿;提高整个硅片的尺寸均匀性。但是,同时因为需要反向运动,增加了机械系统的精度要求。

 

四、如何选择适合自己的光刻机?

 


那么有了这些基本的分类之后,我们已经对光刻机的品类家族有了一个基本的认识,那么,究竟什么样的光刻机是最好的呢?一些人一定会说:看价格呀,最贵的一定是最好的!我只能说:不一定哦!一方面,西方几国的光刻机定价标准不太一致,并且他们之间也不是铁板一块,彼此之间说到底是一种竞争的关系!打价格战是在所难免的。另一方面,评判一件衣服的好坏是要从:样式、用料、做工等方面综合考量的,光刻机也是一样的。

 

接下来,小编为大家介绍几个关于光刻机的性能指标,保证你看了之后就会很容易的挑货了!

 

五、性能指标

光刻机的主要性能指标有:支持基片的尺寸范围,分辨率、对准精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。

 

分辨率是对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。光刻的分辨率受受光源衍射的限制,所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面的限制。

 


对准精度是在多层曝光时层间图案的定位精度。

 

曝光方式分为接触接近式、投影式和直写式,我们上节已经提到过,相信大家对曝光方式已经有了认识。

 

曝光光源波长分为紫外、深紫外和极紫外区域,光源有汞灯,准分子激光器等。

 

读完这个之后,有人一定会说:我知道了,分辨率越高、对准精度越高、曝光方式越高级、光源波长越长,那么光刻机就越好了!这种说法有一定的道理,但是有那么一句话:最好的不一定是最好的,适合自己的才是最好的!

 


就像鞋子不是越大越好,只有合脚了,才会舒服。所以,在光刻机的选订上,各厂家要结合自己的实际生产情况来选择适合自己的光刻机,显然,长江存储找到了最适合自己的“鞋子”,我们祝贺他,希望他穿着这双舒服的“鞋子”越走越好!也希望我们的 14nm 芯片早日量产!