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什么是半導(dǎo)體曝光設(shè)備?
半導(dǎo)體曝光設(shè)備是半導(dǎo)體制造過程中用于在硅片上繪制電路圖案的設(shè)備。強(qiáng)大的紫外光透過光掩模,作為電路圖案的原型,電路圖案被轉(zhuǎn)移到涂有光刻膠的硅晶片上。近年來,一些設(shè)備使用波長為 13 nm 的激光(稱為 EUV)來微型化精細(xì)電路圖案。由于定位等要求高精度,因此設(shè)備價格昂貴。
半導(dǎo)體曝光設(shè)備的應(yīng)用
半導(dǎo)體曝光設(shè)備用于包含MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)和FET(場效應(yīng)晶體管)等半導(dǎo)體元件的IC(集成電路)制造過程中的曝光工序。
在IC制造過程中,在硅晶片上依次重復(fù)光刻和蝕刻循環(huán),并且在將氧化硅、金屬等層層壓并加工成預(yù)定圖案的過程中,半導(dǎo)體元件所需的特性被加工為執(zhí)行得如此,它已經(jīng) .例如,在n型MOS(NMOS)的情況下,在p型硅基板的柵極區(qū)域上形成氧化硅膜和柵極金屬,并向漏極和源極注入高濃度雜質(zhì)離子。這形成了n型(n+型)MOS。這一系列工序中的光刻工序和蝕刻工序如圖所示地構(gòu)成(成膜工序S1~抗蝕劑剝離工序S6)。
其中,曝光工序(S3)使用半導(dǎo)體曝光裝置來進(jìn)行。根據(jù)電路圖案的尺寸和半導(dǎo)體元件的精度,使用不同的曝光設(shè)備波長。
半導(dǎo)體曝光設(shè)備原理
半導(dǎo)體曝光設(shè)備由光源、聚光透鏡、光掩模、投影透鏡和載物臺組成。從光源發(fā)出的紫外光通過聚光透鏡調(diào)整,使其指向同一方向。之后,紫外光穿過作為構(gòu)成電路圖案的一層的原型的光掩模,并通過投影透鏡減少光線,將半導(dǎo)體元件的電路圖案(的一層)轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體元件上。馬蘇。在諸如步進(jìn)機(jī)之類的曝光設(shè)備中,在完成一次轉(zhuǎn)移之后,通過平臺移動硅晶片,并將相同的電路圖案轉(zhuǎn)移到硅晶片上的另一位置。通過更換光掩模,可以轉(zhuǎn)印半導(dǎo)體器件的另一層電路圖案。
所使用的光源包括波長為248 nm的KrF準(zhǔn)分子激光器、波長為193 nm的ArF準(zhǔn)分子激光器以及波長為13 nm的EUV光源。
最新的半導(dǎo)體制造工藝的設(shè)計規(guī)則(最小加工尺寸)變得更加精細(xì),達(dá)到3至5納米左右,因此聚光透鏡、光掩模、投影透鏡和平臺都需要納米級的高精度。此外,隨著層壓的進(jìn)行,進(jìn)行多次曝光以改變電路圖案并形成單個半導(dǎo)體。
半導(dǎo)體光刻設(shè)備市場規(guī)模及份額
全球電子設(shè)備市場持續(xù)擴(kuò)大,支撐其的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)變得越來越重要。盡管2019年全球半導(dǎo)體市場經(jīng)歷了負(fù)增長,但盡管過去經(jīng)歷過雷曼沖擊,但仍持續(xù)擴(kuò)張。近年來,存儲器的技術(shù)發(fā)展從小型化轉(zhuǎn)向3D技術(shù),蝕刻技術(shù)的重要性日益增加。
截至2018年,半導(dǎo)體光刻設(shè)備的市場規(guī)模為10852億日元。
按消費(fèi)地區(qū)來看,韓國以36%占主要地位,其次是中國臺灣地區(qū)(19%)、中國大陸(18%)、美國(14%)、日本(7%)。半導(dǎo)體光刻設(shè)備廠商按國籍劃分的市場(2018年)為歐洲(84%)、日本(14%)和美國(2%),其中歐洲和日本幾乎形成寡頭壟斷。
關(guān)于EUV曝光設(shè)備
EUV(Extreme Ultraviolet的縮寫)曝光設(shè)備是一種使用被稱為極紫外光的極短波長光的半導(dǎo)體曝光設(shè)備??梢约庸な褂肁rF準(zhǔn)分子激光的傳統(tǒng)曝光設(shè)備難以加工的更精細(xì)尺寸。
半導(dǎo)體小型化正在按照摩爾定律進(jìn)行(半導(dǎo)體集成電路的高度集成度和功能將在三年內(nèi)提高四倍)。到目前為止,通過稱為步進(jìn)器的縮小投影曝光技術(shù)、更短的曝光波長和浸沒式曝光技術(shù)的開發(fā),分辨率已得到顯著提高。
小型化是指晶圓上可印刷的最小加工尺寸變得更小,最小加工尺寸R由下面的瑞利方程表示。
R=k·λ/NA *k為比例常數(shù),λ為曝光波長,NA為曝光光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑
通過各種技術(shù)的發(fā)展,通過減小k、減小λ和增大NA來實現(xiàn)小型化。
EUV曝光設(shè)備是一種可以通過縮短曝光波長來突破以往限制的技術(shù),近年來已開始量產(chǎn)。
關(guān)于半導(dǎo)體曝光設(shè)備的價格
半導(dǎo)體光刻設(shè)備目前對于半導(dǎo)體的高效量產(chǎn)來說是重要的,但它是高精密的機(jī)器,而且價格昂貴。
半導(dǎo)體光刻設(shè)備采用的光源波長越短,可以形成的圖案越精細(xì),但光刻設(shè)備的成本也會越高。據(jù)稱每個波長的成本為i-line約18000000元、KrF約60000000元、ArF干式約90000000元、ArF浸沒式約280000000元、EUV約900000000元。
電路越精細(xì),可以實現(xiàn)越快的信號傳輸和節(jié)能,但近年來,由于小型化,無法忽視工藝成本的增加,包括半導(dǎo)體曝光設(shè)備的價格。
就半導(dǎo)體光刻設(shè)備所需的性能而言,從半導(dǎo)體制造的成本角度來看,半導(dǎo)體光刻設(shè)備的吞吐量也是一個重要指標(biāo)。吞吐量是表示電路圖案曝光速度的性能,隨著吞吐量的增加,每個硅芯片的制造成本(運(yùn)行成本)會降低。這在半導(dǎo)體芯片的大規(guī)模生產(chǎn)過程中非常重要。