光刻机发展历程

浪起激光2020-06-16135123

第一二代均为接触接近式光刻机,曝光方式为接触接近式,使用光源分别为436nm的g-line 和365nm的i-line,接触式光刻机由于掩模与光刻胶直接接触,所以易受污染,而接近式光刻机由于气垫影响,成像精度不高。

第三代为扫描投影式光刻机,利用光学透镜可以聚集衍射光提高成像质量将曝光方式创新为光学投影式光刻,以扫描的方式实现曝光,光源也改进为248nm的KrF激光,实现了跨越式发展,将最小工艺推进至180-130nm。

第四代步进式扫描投影光刻机,最具代表性的光刻机产品,1986年由ASML首先推出,采用193nmArF 激光光源,实现了光刻过程中,掩模和硅片的同步移动,并且采用了缩小投影镜头,缩小比例达到 5:1,有效提升了掩模的使用效率和曝光精度,将芯片的制程和生产效率提升了一个台阶。2002年以前,业界普遍认为193nm光刻无法延伸到65nm技术节点,而157nm将成为主流技术。然而,157nm光刻技术遭遇到了来自光刻机透镜的巨大挑战。正当众多研究者在157nm浸入式光刻面前踌躇不前时,时任TSMC资深处长的林本坚提出了193nm浸入式光刻的概念。2007 年ASML 与台积电合作开发成功推出第一台浸没式光刻机。193nm 光波在水中的等效波长缩短为 134nm,足可超越 157nm 的极限,193nm 浸入式光刻的研究随即成为光刻界追逐的焦点, 2010 年, 193nm 液浸式光刻系统已能实现 32nm 制程产品,到2012年,ArF光刻机已经最高可以实现 22nm 的芯片制程,浸没式光刻技术凭借展现出巨大优势,成为 EUV 之前能力最强且最成熟的技术。

光刻机发展历程

第五代光刻机——EUV,所谓EUV,是指波长为10-14纳米的极紫外光。前四代光刻机使用都属于深紫外光,但在摩尔定律的推动下,半导体产业对于芯片的需求已经发展到5nm,甚至是3nm,浸入式光刻面临更为严峻的镜头孔径和材料挑战。第五代 EUV光刻机,可将最小工艺节点推进至5nm、3nm。


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