极紫外光刻原理(光刻机是如何出现的？制造难度大吗？)

Posted 2023-05-29

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极紫外光刻原理(光刻机是如何出现的？制造难度大吗？)

近半个世纪以来，硅一直是世界科技繁荣的重点，芯片制造商几乎都在压榨它的生命。传统上用于制造芯片的技术在2005年左右达到了极限。那时，芯片制造商将不得不寻求其它技术，将更多的晶体管塞到硅板上，而光刻机的出现很好帮助了芯片制造商解决这一烦恼，从而制造出更强大的芯片。下面就来详细了解一下！

　　光刻机必须把工程师绘制的电路板精确无误的投到硅晶圆上，不允许有丝毫误差，可见难度之高！

　　将晶体管封装到芯片上的传统工艺被称为“深紫外光刻”（DUV），这是一种类似摄影技术的技术，通过透镜聚焦光线，在硅晶片上刻出电路图案。由于受到物理定律的影响，这种技术可能很快就会出现问题。利用极紫外线（EUV）光在硅晶片上雕刻，将使芯片的速度比快100倍，并使存储器芯片具有类似的存储容量增长。

　　1、芯片制造：

　　光刻与摄影相似，它利用光将图像转移到基板上。就照相机而言，它的基板是胶卷，而硅是用于芯片制造的传统基板。掩模就像电路图案的模板，为了在芯片上创建集成电路设计，光被定向到一个掩模上。光线穿过掩模，然后通过一系列光学透镜将图像缩小，这个小图像被投射到硅或半导体晶片上。

　　晶圆上覆盖着一种叫做光刻胶的感光液体塑料。掩模被放置在晶圆上，当光线穿过掩模照射到硅片上时，它会使没有被掩模覆盖的光刻胶变硬。不暴露在光下的光刻胶仍然有点粘糊糊，并且会被化学清洗掉，只剩下硬化的光刻胶和暴露在外的硅片。

　　制造更强大的芯片的关键是光的波长大小。波长越短，可以蚀刻到硅片上的晶体管就越多。更多的晶体管等于一个更强大、更快的微处理器。在2001年，深紫外光刻使用的波长为240纳米。随着芯片制造商将波长减少到100纳米，他们将需要一种新的芯片制造技术。使用深紫外光蚀刻技术的问题是，当光的波长变小时，光会被用于聚焦的玻璃透镜吸收。结果是光线无法到达硅片上，因此晶圆上没有产生电路图案。这个时候，极紫外光刻技术就登场了。

　　2、极紫外光刻原理：

　　从2001年起，用深紫外光刻技术制造的芯片使用的是248纳米的光，也有一些制造商使用193纳米光。有了极紫外光刻技术，芯片将用13纳米的光制造。基于波长越小成像效果越好的定律，13纳米光将提高投射到硅片上的图案质量，从而提高芯片的速度。

　　但整个过程必须在真空中进行，因为这些光的波长很短，连空气都会吸收它们。此外，EUVL使用了涂有多层钼和硅的凹面和凸面镜，这种涂层可以在13.4纳米的波长下反射近70%的EUV光。如果没有涂层，光线在到达晶圆片之前就会被吸收。镜子的表面必须近乎完好，即使是涂层上的微小缺陷也会破坏光学器件的形状，扭曲印刷电路的图形，从而导致芯片功能上的问题。

　　目前，先进的光刻机是极紫外光刻机，它已经制造了数十亿颗7nm芯片了。甚至有芯片制造商声称，用极紫外光刻技术生产的5nm芯片的不良率比7nm芯片更低。

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