光刻机原理,通俗易懂理解光刻机作用

来源:互联网企业网站、知乎问答 发布时间:2019-09-03 13:58

一、光刻机是干嘛的?
光刻机就是个“投影仪”,把我们想要的影子投影到幕布上。芯片那么精细,是怎么生产出来的呢?用刀刻?用水冲?都不行,因为芯片太精细了,动辄几十nm的线条,日常没有什么材料能做成这么精细的刻刀。所以我们就想了一个办法,用光线来刻,这也就是光刻机。怎么个用光刻法呢?我们都用过胶卷相机吧,胶片平日里是黑色的,不能见光的,一旦见光就会变白,我们也找了一种一见光就“易溶解”的特殊胶片。当我们想要在芯片上刻一个圆圈的时候,我们就在芯片上涂上这种特殊胶片,拿一个圆圈光照上去,再经过一些列后续处理,我们在这个芯片上就做出了一个圆圈图形了对吧。光刻机就是用这种胶片来刻出图形的。剩下的问题是,我们怎么把一种我们想要的特定图形打到胶片上呢?我们见过老式投影仪吧,原理跟皮影戏是一样的,做一个“剪纸”,拿灯光一照,这个剪纸就映在幕布上了。我们也想办法在光刻机里做了这样的“剪纸”,拿光源一照,这个剪纸就映在胶片上了。以上就是光刻机的通俗理解。

知乎网友,作者:晚饭,大家怎么看这个解释?

二、光刻机原理

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.

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。

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。

下面,简单介绍一下图中各设备的作用。

1、测量台、曝光台:承载硅片的工作台,也就是本次所说的双工作台。

2、光束矫正器:矫正光束入射方向,让激光束尽量平行。

3、能量控制器:控制最终照射到硅片上的能量,曝光不足或过足都会严重影响成像质量。

4、光束形状设置:设置光束为圆型、环型等不同形状,不同的光束状态有不同的光学特性。

5、遮光器:在不需要曝光的时候,阻止光束照射到硅片。

6、能量探测器:检测光束最终入射能量是否符合曝光要求,并反馈给能量控制器进行调整。

7、掩模版:一块在内部刻着线路设计图的玻璃板,贵的要数十万美元。

8、掩膜台:承载掩模版运动的设备,运动控制精度是nm级的。

9、物镜:物镜由20多块镜片组成,主要作用是把掩膜版上的电路图按比例缩小,再被激光映射的硅片上,并且物镜还要补偿各种光学误差。技术难度就在于物镜的设计难度大,精度的要求高。

10、硅片:用硅晶制成的圆片。硅片有多种尺寸,尺寸越大,产率越高。题外话,由于硅片是圆的,所以需要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系,根据缺口的形状不同分为两种,分别叫flat、notch。

11、内部封闭框架、减振器:将工作台与外部环境隔离,保持水平,减少外界振动干扰,并维持稳定的温度、压力。

三、认清光刻机性能指标
1、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。

2、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。

3、对准精度是在多层曝光时层间图案的定位精度。

4、曝光方式分为接触接近式、投影式和直写式。

5、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。

四、光刻机作用

光刻机是微电子整备的空头,其具有技术难度最高、单台成本最大、决定集成密度等特点。

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