03.05 生產芯片用的蝕刻機和光刻機有什麼區別?

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光刻機和蝕刻機都是在生產現代大規模集成電路(芯片就是)過程中必不可少的設備,兩者之間差別比較大,且聽我細細講來。

什麼是光刻機?什麼是蝕刻機?

最通俗的說法,所謂的大規模集成電路就是把我們正常看到的電路變得很小、很密集,所以說我們正常看到的最簡單的電路和芯片裡面複雜而密集的電路沒有本質的區別。

↑複雜電路↑

↑最簡單的電路↑

但是,在這個讓電路變得很小、很密集的過程中我們遇到了一個很嚴重的問題,那就是簡單的電路我們可以用手搭,但是那麼小的電路我們怎麼搭起來呢?

於是在長期的探索中,科學家就找到了兩種物質:一種我們比較熟悉——金屬,另一種是光刻膠。這兩種物質有什麼奇特的地方呢?又跟芯片製造有什麼關係呢?

簡單說,光刻膠可以被光侵蝕掉,但是化學物質沒法侵蝕掉它;金屬不會被光侵蝕掉,而化學物質卻可以侵蝕掉它。(雖然現在最先進的是用等離子蝕刻,但是我們這裡先不說那個,說比較基礎一點兒的原理)

所以說製造芯片的基本原理就是利用這兩種物質的性質:在金屬表面覆蓋一層光刻膠,然後用光先把光刻膠侵蝕掉,下一步再用化學物質浸泡,這樣有光刻膠的那部分金屬就不會被侵蝕、沒有光刻膠的地方會被侵蝕掉——於是金屬表面就形成了我們想要的形狀。

這兩個過程就是所謂的光刻和蝕刻,對應的設備就是光刻機和蝕刻機。

下面這幅圖就是光刻機的原理,電路的形狀一開始是畫在一張比較大的分劃板上的,然後通過透鏡把電路的圖案縮的很小,然後照射在塗抹了光刻膠的金屬板上(就是所謂的晶圓了)。

↑光刻機的原理圖↑

下面這幅圖這是蝕刻的過程。可以看到,沒有光刻膠的那部分金屬在化學物質的作用下被溶解了,然後晶圓表面就變成了我們想要的形狀。整個大規模集成電路光刻和蝕刻的過程可以見再下一張圖。

↑化學物質腐蝕

↑大規模集成電路的製造過程↑

那麼中國現在兩種設備的發展如何?

其實從剛剛的大規模集成電路的製造過程上我們也看到了,光刻的複雜程度要遠遠高於蝕刻,所以光刻機的複雜程度也遠遠高於蝕刻機。現在世界上最先進的光刻機制造商是荷蘭的ASML,可以說是僅此一家、別無分號(佔有80%的市場份額),一臺最先進的光刻機售價一億美元,而且還不接受討價還價,你愛買不買。

而在現在這個時間節點上,ASML使用的光線已經到了極紫外光(EUV),所以可以光刻7nm以下的大規模集成電路。而受制於《瓦森納協定》,ASML不可以向中國出售先進光刻機。所以在這方面中國長期處於被封鎖的狀態。

那麼中國自己的光刻機是什麼水平呢?非常遺憾的是,中國的光刻機水平落後世界很多,目前能夠量產的光刻機只能夠光刻90nm的大規模集成電路,跟最先進的設備差距可以說是極大的。也許試驗室裡有更高製程的光刻機技術,但是在量產、投入生產之前還只是鏡花水月。

相對而言,中國在蝕刻機方面做的相對較好,現在中國最先進的等離子蝕刻機已經制造到了5nm的製程,並且7nm製程的蝕刻機已經在去年走出試驗室,開始向臺積電等廠商供貨,這方面中國已經是世界頂尖水平。

↑大國重器中的中國蝕刻機(片中用的是刻蝕機)↑

所以,在光刻機的路上我們還有很遠的路要走,在蝕刻機的路上還要再接再厲。


航小北的日常科普


最近光刻機和蝕刻機一直都是當前最熱的話題,可以說光刻機是芯片製造的魂,蝕刻機是芯片製造的魄,要想製造高端的芯片,這兩個東西都必須頂尖,讓我們來看看他們區別。



這倆機器最簡單的解釋就是光刻機把電路圖投影到覆蓋有光刻膠的硅片上面,刻蝕機再把剛才畫了電路圖的硅片上的多餘電路圖腐蝕掉,這樣看起來似乎沒什麼難的,但是有一個形象的比喻,每一塊芯片上面的電路結構放大無數倍來看比整個北京都複雜,這就是這光刻和蝕刻的難度。

光刻機的原理圖

光刻的過程就是現在製作好的硅圓表面塗上一層光刻膠(一種可以被光腐蝕的膠狀物質),接下來通過光線(工藝難度紫外光<深紫外光<極紫外光)透過掩膜照射到硅圓表面(類似投影),因為光刻膠的覆蓋,照射到的部分被腐蝕掉,沒有光照的部分被留下來,這部分便是需要的電路結構。

蝕刻機

蝕刻分為兩種,一種是幹刻,一種是溼刻(目前主流),顧名思義,溼刻就是過程中有水加入,將上面經過光刻的晶圓與特定的化學溶液反應,去掉不需要的部分,剩下的便是電路結構了,幹刻目前還沒有實現商業量產,其原理是通過等離子體代替化學溶液,去除不需要的硅圓部分。

目前我國光刻機和蝕刻機的發展很尷尬,屬於嚴重偏科的情況,中微半導體7nm蝕刻機的量產,直接邁入世界一流行列,5nm蝕刻機也在實驗階段,而光刻機企業不管是上海微電子的90nm光刻機,還是無錫影速200nm光刻機,與世界最先進的7nm製程都相去甚遠,在這兩條道路上,蝕刻機要再接再厲,而光刻機則需要迎頭趕上。


如鯨向海鳥投林


前面的回答都說的太職業了。簡單點就是,光刻機是特殊的照相機,原理也類似用來在製造芯片的硅片上印製圖型;刻蝕機顧名思義就是刻蝕,用來把光刻後的圖形真正刻到硅片上。這兩個過程一個是描圖,一個是刻


雜言問道


光刻機需要光刻膠,把光罩的圖案曝到塗了膠的wafer上,然後通過dev顯影,正膠的話被曝光的地方就被洗掉了,然後進行下一步工藝。

蝕刻分dry和wet,wet基本就是洗,洗掉wafer上工藝殘留的東西,dry是通過plasma來去除,整片wafer一起刻。

兩個就完全不是一個概念


高尚2907


所謂“芯片”,就是把一個極複雜而大型的“印刷電路版”。

見過洗印照片的,小時曬過“洋畫”的,或印刷廠製版過程的,一說就會融通明白:這芯片的製作,就是當前發展得最高端最精細的“激光照排”技術。只不過:

1、把圖案打印在上面的材質不一樣。芯片一般用硅鍺一些半導體材料,而這種材質是會和科研與材質突破有所變化的。

2、光刻機就是把圖案照排到半導體材料上的機械;蝕刻機就是相當於顯影定影的製版機械;現在大家認為很神秘,不外乎就在於“精細”,nm級別呀,眼睛看不見,一般的顯微鏡也看不見,要讓線路不沾不糊,這種“洗”“印”手段要多準確而精微了……

我想,以這種生活中大家最常見的知識類喻這兩種儀器,大家一定會明白了吧?!


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