03.05 生产芯片用的蚀刻机和光刻机有什么区别?

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光刻机和蚀刻机都是在生产现代大规模集成电路(芯片就是)过程中必不可少的设备,两者之间差别比较大,且听我细细讲来。

什么是光刻机?什么是蚀刻机?

最通俗的说法,所谓的大规模集成电路就是把我们正常看到的电路变得很小、很密集,所以说我们正常看到的最简单的电路和芯片里面复杂而密集的电路没有本质的区别。

↑复杂电路↑

↑最简单的电路↑

但是,在这个让电路变得很小、很密集的过程中我们遇到了一个很严重的问题,那就是简单的电路我们可以用手搭,但是那么小的电路我们怎么搭起来呢?

于是在长期的探索中,科学家就找到了两种物质:一种我们比较熟悉——金属,另一种是光刻胶。这两种物质有什么奇特的地方呢?又跟芯片制造有什么关系呢?

简单说,光刻胶可以被光侵蚀掉,但是化学物质没法侵蚀掉它;金属不会被光侵蚀掉,而化学物质却可以侵蚀掉它。(虽然现在最先进的是用等离子蚀刻,但是我们这里先不说那个,说比较基础一点儿的原理)

所以说制造芯片的基本原理就是利用这两种物质的性质:在金属表面覆盖一层光刻胶,然后用光先把光刻胶侵蚀掉,下一步再用化学物质浸泡,这样有光刻胶的那部分金属就不会被侵蚀、没有光刻胶的地方会被侵蚀掉——于是金属表面就形成了我们想要的形状。

这两个过程就是所谓的光刻和蚀刻,对应的设备就是光刻机和蚀刻机。

下面这幅图就是光刻机的原理,电路的形状一开始是画在一张比较大的分划板上的,然后通过透镜把电路的图案缩的很小,然后照射在涂抹了光刻胶的金属板上(就是所谓的晶圆了)。

↑光刻机的原理图↑

下面这幅图这是蚀刻的过程。可以看到,没有光刻胶的那部分金属在化学物质的作用下被溶解了,然后晶圆表面就变成了我们想要的形状。整个大规模集成电路光刻和蚀刻的过程可以见再下一张图。

↑化学物质腐蚀

↑大规模集成电路的制造过程↑

那么中国现在两种设备的发展如何?

其实从刚刚的大规模集成电路的制造过程上我们也看到了,光刻的复杂程度要远远高于蚀刻,所以光刻机的复杂程度也远远高于蚀刻机。现在世界上最先进的光刻机制造商是荷兰的ASML,可以说是仅此一家、别无分号(占有80%的市场份额),一台最先进的光刻机售价一亿美元,而且还不接受讨价还价,你爱买不买。

而在现在这个时间节点上,ASML使用的光线已经到了极紫外光(EUV),所以可以光刻7nm以下的大规模集成电路。而受制于《瓦森纳协定》,ASML不可以向中国出售先进光刻机。所以在这方面中国长期处于被封锁的状态。

那么中国自己的光刻机是什么水平呢?非常遗憾的是,中国的光刻机水平落后世界很多,目前能够量产的光刻机只能够光刻90nm的大规模集成电路,跟最先进的设备差距可以说是极大的。也许试验室里有更高制程的光刻机技术,但是在量产、投入生产之前还只是镜花水月。

相对而言,中国在蚀刻机方面做的相对较好,现在中国最先进的等离子蚀刻机已经制造到了5nm的制程,并且7nm制程的蚀刻机已经在去年走出试验室,开始向台积电等厂商供货,这方面中国已经是世界顶尖水平。

↑大国重器中的中国蚀刻机(片中用的是刻蚀机)↑

所以,在光刻机的路上我们还有很远的路要走,在蚀刻机的路上还要再接再厉。


航小北的日常科普


最近光刻机和蚀刻机一直都是当前最热的话题,可以说光刻机是芯片制造的魂,蚀刻机是芯片制造的魄,要想制造高端的芯片,这两个东西都必须顶尖,让我们来看看他们区别。



这俩机器最简单的解释就是光刻机把电路图投影到覆盖有光刻胶的硅片上面,刻蚀机再把刚才画了电路图的硅片上的多余电路图腐蚀掉,这样看起来似乎没什么难的,但是有一个形象的比喻,每一块芯片上面的电路结构放大无数倍来看比整个北京都复杂,这就是这光刻和蚀刻的难度。

光刻机的原理图

光刻的过程就是现在制作好的硅圆表面涂上一层光刻胶(一种可以被光腐蚀的胶状物质),接下来通过光线(工艺难度紫外光<深紫外光<极紫外光)透过掩膜照射到硅圆表面(类似投影),因为光刻胶的覆盖,照射到的部分被腐蚀掉,没有光照的部分被留下来,这部分便是需要的电路结构。

蚀刻机

蚀刻分为两种,一种是干刻,一种是湿刻(目前主流),顾名思义,湿刻就是过程中有水加入,将上面经过光刻的晶圆与特定的化学溶液反应,去掉不需要的部分,剩下的便是电路结构了,干刻目前还没有实现商业量产,其原理是通过等离子体代替化学溶液,去除不需要的硅圆部分。

目前我国光刻机和蚀刻机的发展很尴尬,属于严重偏科的情况,中微半导体7nm蚀刻机的量产,直接迈入世界一流行列,5nm蚀刻机也在实验阶段,而光刻机企业不管是上海微电子的90nm光刻机,还是无锡影速200nm光刻机,与世界最先进的7nm制程都相去甚远,在这两条道路上,蚀刻机要再接再厉,而光刻机则需要迎头赶上。


如鲸向海鸟投林


前面的回答都说的太职业了。简单点就是,光刻机是特殊的照相机,原理也类似用来在制造芯片的硅片上印制图型;刻蚀机顾名思义就是刻蚀,用来把光刻后的图形真正刻到硅片上。这两个过程一个是描图,一个是刻


杂言问道


光刻机需要光刻胶,把光罩的图案曝到涂了胶的wafer上,然后通过dev显影,正胶的话被曝光的地方就被洗掉了,然后进行下一步工艺。

蚀刻分dry和wet,wet基本就是洗,洗掉wafer上工艺残留的东西,dry是通过plasma来去除,整片wafer一起刻。

两个就完全不是一个概念


高尚2907


所谓“芯片”,就是把一个极复杂而大型的“印刷电路版”。

见过洗印照片的,小时晒过“洋画”的,或印刷厂制版过程的,一说就会融通明白:这芯片的制作,就是当前发展得最高端最精细的“激光照排”技术。只不过:

1、把图案打印在上面的材质不一样。芯片一般用硅锗一些半导体材料,而这种材质是会和科研与材质突破有所变化的。

2、光刻机就是把图案照排到半导体材料上的机械;蚀刻机就是相当于显影定影的制版机械;现在大家认为很神秘,不外乎就在于“精细”,nm级别呀,眼睛看不见,一般的显微镜也看不见,要让线路不沾不糊,这种“洗”“印”手段要多准确而精微了……

我想,以这种生活中大家最常见的知识类喻这两种仪器,大家一定会明白了吧?!


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