光刻机被誉为半导体工业皇冠上的明珠,它也是半导体制造中最复杂、最关键的工艺步骤。其主要作用是将掩模版上的芯片电路图转移到硅片上。光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。

 

根据暴光方法的不同,光刻可以划分为接触式光刻,接近式光刻和投影式光刻三种光刻技术。

 

接触式光刻

接触式光刻技术中,涂有光刻胶的硅片与掩膜版直接接触.由于光刻胶和掩膜版之间紧密接触,因此可以得到比较高的分辨率.接触式暴光的主要问题是容易损伤掩膜版和光刻胶.当掩膜版与硅片接触和对准时,硅片上很小的灰尘就可能在掩膜版上造成损伤,这样在今后所有利用这块掩膜版进行暴光的硅片上都会出现这个缺陷.因此,采用接触式光刻很难得到没有缺陷的超大规模集成电路芯片,所以接触式光刻技术一般只适用于中小规模集成电路。

 

接近式光刻

接近式暴光与接触式暴光相似,只是在暴光时硅片和掩膜版之间保留有很小的间隙,这个间隙一般在10~25微米之间,此间隙可以大大减少对掩膜版的损伤.接近式暴光的分辨率较低,一般在2~4微米之间,因此接近式光刻机只能装配在特征尺寸交大的集成电路生产线中.接触或接近式光刻机的主要优点是生产效率较高。

 

投影式光刻

投影式暴光是利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上的暴光方法.在这种暴光方法中,由于掩膜版与硅片之间的距离较远,可以完全避免对掩膜版的损伤.为了提高分辨率,在投影式暴光中,每次只暴光硅片的一小部分,然后利用扫描和分步重复的方法完成整个硅片的暴光.在现代集成电路工艺中,使用最多的光刻系统是分步投影光刻机.利用分步投影光刻机,再结合移相掩膜等技术,已经得到了最小线宽0.10微米的图形。

 

光刻技术说起来不难,但是光刻机的研发制造却很难。光刻机这么难制造的原因是什么,又为什么卡住了这么多国家,这么多的厂商?

 

实际上,光刻机的技术原理利用激光源照射,把光罩上的芯片电路图,投影到涂了光刻胶的硅基上,最后硅基上形成了芯片电路图。其中最重要的两个元件似乎就是光源、镜头了,目前激光源主要是美国生产的,而镜头则是德国、日本提供的。

 

这两个重要元件基本上大家都是能够买到的。真正厉害的是装配技术。一台光刻机需要用到3万个以上的元件,这3万个元件要组装成一台光刻机,其中需要的装配工艺非常高,一般的企业和技术人员是达到不到要求的。更关键的是,这个过程要与芯片制造厂,不断的试验、磨合、配合才可以的,而ASML的大股东是台积电、英特尔、三星这些半导体龙头厂商,其他厂商此时想要入局,难度实在太大。