ASML光刻機工作原理是什麼？

什麼是光刻機？

光刻機是晶元製造的核心設備之一，按照用途可以分為好幾種：有用於生產晶元的光刻機；有用於封裝的光刻機；還有用於LED製造領域的投影光刻機。

光刻機工作原理

上圖是一張ASML光刻機介紹圖。下面，簡單介紹一下圖中各設備的作用。

測量台、曝光台：是承載矽片的工作台。激光器：也就是光源，光刻機核心設備之一。光束矯正器：矯正光束入射方向，讓激光束盡量平行。能量控制器：控制最終照射到矽片上的能量，曝光不足或過足都會嚴重影響成像質量。光束形狀設置：設置光束為圓型、環型等不同形狀，不同的光束狀態有不同的光學特性。遮光器：在不需要曝光的時候，阻止光束照射到矽片。能量探測器：檢測光束最終入射能量是否符合曝光要求，並反饋給能量控制器進行調整。掩模版：一塊在內部刻著線路設計圖的玻璃板，貴的要數十萬美元。掩膜台：承載掩模版運動的設備，運動控制精度是nm級的。物鏡：物鏡用來補償光學誤差，並將線路圖等比例縮小。矽片：用硅晶製成的圓片。矽片有多種尺寸，尺寸越大，產率越高。題外話，由於矽片是圓的，所以需要在矽片上剪一個缺口來確認矽片的坐標系，根據缺口的形狀不同分為兩種，分別叫flat、notch。內部封閉框架、減振器：將工作台與外部環境隔離，保持水平，減少外界振動干擾，並維持穩定的溫度、壓力。

在加工晶元的過程中，光刻機通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小後映射到矽片上，然後使用化學方法顯影，得到刻在矽片上的電路圖。一般的光刻工藝要經歷矽片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、後烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經過一次光刻的晶元可以繼續塗膠、曝光。越複雜的晶元，線路圖的層數越多，也需要更精密的曝光控制過程。

EUV：半導體業的終極武器

全球每年生產上百億片的手機晶片、記憶體，數十年來都仰賴程序繁瑣，但原理與沖洗照片類似的曝光顯影製程生產。

其中以投射出電路圖案的微影機台最關鍵、也最昂貴。過去十多年，全球最先進的微影機，都採用波長一九三奈米的深紫外光，然而英特爾、台積電量產的最先進電晶體，大小已細小到僅有數十個奈米。這形同用同一支筆，要寫的字卻愈來愈小，最後筆尖比要寫的字還粗的窘境。

要接替的「超細字筆」，技術源自美國雷根時代「星戰計劃」，波長僅有十三奈米的EUV。EUV光線的能量、破壞性極高，製程的所有零件、材料，樣樣挑戰人類工藝的極限。例如，因為空氣分子會干擾EUV光線，生產過程得在真空環境。而且，機械的動作得精確到誤差僅以皮秒（兆分之一秒）計。

最關鍵零件之一，由德國蔡司生產的反射鏡得做到史無前例的完美無瑕，瑕疵大小僅能以皮米（奈米的千分之一）計。

這是什麼概念？ASML總裁溫彼得（Peter Wennink）解釋，如果反射鏡面積有整個德國大，最高的突起處不能高於一公分高。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！