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      阿斯麥 ASML 最先進 DUV 光刻機12 秒完成一整片芯片晶圓

      2021-8-24 11:31| 發布者: cncelab| 查看: 2258| 評論: 0

      摘要: 光刻機以極高的加速度進行掃描曝光(scan), 在不到 0.1 秒的時間,又要急停并回頭往反方向掃描,這么大的力量如果不做控制,會讓整機產生振動,是不可能達到完美成像的。
        【消費電子實驗室-2021/8/24】據 ASML 官方介紹,從光源開始,沿著光路包括照明模組、投影物鏡模組以及浸潤式光刻之外還有另一個“大神”,它聚集了光刻機中最重要的運動部件,是系統的機械“心臟”,它就是晶圓平臺模組(Wafer stage module)。

      ASML 表示,在這樣一個爭分奪秒的行業里,時間就是金錢。ASML 也一直在追求光刻機極致的速度,目前最先進的 DUV 光刻機,每小時可以完成 300 片晶圓的光刻生產。

      換算一下,完成一整片晶圓只需要 12 秒,這還得扣除掉晶圓交換和定位的時間,實際光刻時間要更短。而一片晶圓的光刻過程,需要在晶圓上近 100 個不同的位置成像電路圖案,所以完成 1 個影像單元(Field)的曝光成像也就約 0.1 秒。


      所以大家看到的動畫其實都是慢動作了。要實現這個成像速度,晶圓平臺在以高達 7g 的加速度高速移動。7g 加速度是什么概念呢?F1 賽車從 0 到 100km/h 加速約需要 2.5 秒,而晶圓平臺的 7g 的加速度,若從 0 加速到 100km/h 只要約 0.4 秒。

      據消費電子實驗室了解,光刻機的準,是包括水平方向和垂直方向的。在水平方向上,芯片制造是一層層向上疊加的,最高可達上百次疊加。

      每一次的疊加,都必須和前一次完美重疊,重疊的誤差,稱為套刻精度(overlay),現在的要求已經到了 1~2 納米。而晶圓從傳送模組傳送并放置在晶圓平臺上,會產生一定的機械誤差,而精密機械的誤差是微米等級(1 微米 = 1,000 納米),也就是說每片晶圓上了晶圓平臺,總是有個數千納米以上的偏移。

      要怎么才能做到每次的疊加套刻精度在 1~2 納米呢?

      從垂直面上,由于光刻機的投影物鏡太巨大,在對焦點上下可接受的清楚影像范圍小于 100 納米。而從微觀的角度來看,晶圓表面是高低不平的,若累加晶圓平臺的高低差,在晶圓表面不同位置的光阻高度可以相差 500~1,000 納米。

      這些巨大的偏移和高低差,使得每次曝光之前,必須針對每片晶圓做精密的量測,截取到晶圓每一個區塊納米等級的微小誤差。在曝光階段實時校正,達到納米等級的準度。

      雙晶圓平臺也是 ASML 光刻機為了同時達到快和準所發展出來的。精準量測不可少,但需要花不少時間,雙晶圓平臺在一個晶圓平臺在給晶圓進行曝光時,另一個平臺可對下一片晶圓進行量測校正。實現測量和曝光的無縫銜接,極大地提高了生產效率。

      在保證了快和準之后,還要考慮到機臺的穩定程度。

      光刻機以極高的加速度進行掃描曝光(scan), 在不到 0.1 秒的時間,又要急停并回頭往反方向掃描,這么大的力量如果不做控制,會讓整機產生振動,是不可能達到完美成像的。ASML 光刻機利用所謂的 balance mass 來吸收平衡晶圓平臺所施加于機座的反作用力,完美平衡,整座機臺完全靜止,穩如泰山。

      晶圓在量測端完成了極精密的量測,還需要在極短的曝光時間內,完美定位,這就要靠精密機械運作,和實時的定位校正了。ASML 光刻機可實現每秒兩萬次量測定位校正,以精度達到 60 皮米(0.06 納米,比一個硅原子還要。┑膫鞲衅鞔_認精準定位。

      ASML 最先進的 DUV 光刻機,每天可以光刻 6,000 片以上的晶圓,也就是每天要來回掃描 60 萬次以上。如何做到 24 小時運作,365 天全年無休,依然維持納米精度?晶圓平臺難道不會磨損嗎?事實上晶圓平臺是采取所謂無接觸移動的。講得玄一點,晶圓平臺在成像掃描過程中,都是飄浮在空中快速來回運動的。ASML 晶圓平臺的懸浮技術有兩種,Twinscan XT 的氣浮方式和新一代 Twinscan NXT 的磁懸浮方式。借由無接觸的移動方式,達成極高速的運動和持久穩定的運作。

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