本文介紹了光刻機(jī)在芯片制造中的角色和地位，并介紹了光刻機(jī)的工作原理和分類。

光刻機(jī)：芯片制造的關(guān)鍵角色

光刻機(jī)在芯片制造中占據(jù)著至關(guān)重要的地位，被譽(yù)為芯片制造的核心設(shè)備，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠。芯片的加工過(guò)程對(duì)精度要求極高，光刻機(jī)通過(guò)一系列復(fù)雜的技術(shù)手段，將光束透射過(guò)畫著線路圖的掩模，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。越復(fù)雜的芯片，線路圖的層數(shù)越多，就需要更精密的光刻機(jī)。 從成本上看，在整個(gè)集成電路的制造過(guò)程中，光刻一般會(huì)耗費(fèi)總成本的 30%，耗費(fèi)時(shí)間約占整個(gè)硅片工藝的 40%-60%。光刻機(jī)的制造和維護(hù)需要高度的光學(xué)和電子工業(yè)基礎(chǔ)，能夠掌握這項(xiàng)技術(shù)的廠商寥寥無(wú)幾。

光刻機(jī)的工作原理

光刻技術(shù)的基礎(chǔ)：

光刻技術(shù)在整個(gè)芯片制造工藝中起著舉足輕重的作用。光刻技術(shù)就如同芯片制造的基石，沒(méi)有它，芯片的生產(chǎn)將無(wú)從談起。 光刻技術(shù)主要通過(guò)光復(fù)印和刻蝕工藝將芯片設(shè)計(jì)圖案印進(jìn)晶圓。光復(fù)印工藝是經(jīng)曝光系統(tǒng)將預(yù)制在掩模版上的器件或電路圖形按所要求的位置，精確傳遞到預(yù)涂在晶片表面或介質(zhì)層上的光致抗蝕劑薄層上。而刻蝕工藝則利用化學(xué)或物理方法，將抗蝕劑薄層未掩蔽的晶片表面或介質(zhì)層除去，從而在晶片表面或介質(zhì)層上獲得與抗蝕劑薄層圖形完全一致的圖形。集成電路各功能層是立體重疊的，因而光刻工藝總是多次反復(fù)進(jìn)行，例如大規(guī)模集成電路要經(jīng)過(guò)約 10 次光刻才能完成各層圖形的全部傳遞。

具體工作流程：

光刻的工作流程十分復(fù)雜且精細(xì)。首先是硅片表面清洗烘干，確保硅片表面的潔凈度，為后續(xù)的工藝步驟奠定基礎(chǔ)。接著進(jìn)行涂底，為旋涂光刻膠做準(zhǔn)備。然后，在硅片上旋涂光刻膠，光刻膠有正性和負(fù)性之分，其作用是在后續(xù)的曝光過(guò)程中，通過(guò)光的照射使光刻膠的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成所需的電路圖形。 軟烘環(huán)節(jié)可以使光刻膠中的溶劑揮發(fā)一部分，增強(qiáng)光刻膠與硅片的附著力。之后進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)曝光，這一步要求極高的精度，將掩模版上的電路圖形精確地投影到涂有光刻膠的硅片上。后烘進(jìn)一步固化光刻膠，提高其穩(wěn)定性。顯影過(guò)程中，被光照到的地方光刻膠會(huì)被溶解，沒(méi)有光照到的地方光刻膠保留下來(lái)，從而在光刻膠上刻蝕出所需圖形。硬烘則是為了增強(qiáng)光刻膠的抗刻蝕能力。最后進(jìn)行激光刻蝕，將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。 對(duì)于復(fù)雜的芯片，由于線路圖的層數(shù)更多，需要更精密的曝光控制過(guò)程?，F(xiàn)在先進(jìn)的芯片有 30 多層，每一層的光刻都需要與其前一層進(jìn)行精準(zhǔn)的對(duì)齊，以保證上下層薄膜圖案的相對(duì)位置與設(shè)計(jì)位置相吻合。這就要求光刻機(jī)在每一次光刻過(guò)程中，都要嚴(yán)格控制各種參數(shù)，確保精度和穩(wěn)定性。

光刻機(jī)的種類

光刻機(jī)按照用途可以分為用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)、用于封裝的光刻機(jī)和用于 LED 制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)。 目前用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)主要分為 EUV 光刻機(jī)和 DUV 光刻機(jī)。DUV 是深紫外線，EUV 是非常深的紫外線。DUV 使用的是極紫外光，而 EUV 光刻機(jī)則采用波長(zhǎng)更短的極紫外光，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的分辨率和更小的制程。 用于封裝的光刻機(jī)主要應(yīng)用于高密度異構(gòu)集成領(lǐng)域，具有高分辨率、高套刻精度和超大曝光視場(chǎng)等特點(diǎn)。 用于 LED 制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)主要用于制造 LED 芯片。它通過(guò)將特定的圖案投影到 LED 晶圓上，實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 芯片的制造。 總之，不同用途的光刻機(jī)在各自的領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。 END