光刻机

制造芯片的核心装备
光刻机(Mask Aligner)又名掩模对准曝光机,是芯片制造流程中光刻工艺的核心设备。芯片的制造流程极其复杂,而光刻工艺是制造流程中最关键的一步,光刻确定了芯片的关键尺寸,在整个芯片的制造过程中约占据了整体制造成本的35%。光刻机主要用途就是生产集成电路,将设计好的集成电路模板复刻到硅晶圆上,从而生产出足够微小、 精确、高效率的集成电路。[1]
光刻技术自1947年贝尔实验室发明了第一只点接触晶体管而开始发展,随着时间的推移和技术的突破,逐渐衍生出了不同的发展方式。[3][8]1959年诞生的第一台晶体管计算机和其提出的光刻工艺开启了接近式光刻机的发展,而仙童半导体的成就包括世界上第一个适用于单结构硅晶片的光刻机和CMOS IC制造工艺的提出。在1960年代,仙童还生产了第一台IC计算机IBM360,并建立了第一条2英寸集成电路生产线。接着,美国GCA公司的光学图形发生器和分布重复精缩机开拓了步进式光刻机的发展。在1970年代,GCA又推出了第一台分布重复投影曝光机,极大地缩小了集成电路图形线宽。[3][8]1980年代,SVGL公司的步进扫描投影曝光机进一步降低了线宽。[3]而随着时间的推移,光刻技术持续突破分辨率极限,采用了不同的发展方向,包括极紫外线光刻技术、电子束光刻技术、X射线光刻技术和纳米压印技术等。这些新技术的出现使光刻技术在持续努力突破分辨率极限的同时也开始探索新的研究方向,为集成电路的发展提供了更多可能性。[2][3]
现代光刻机根据光源可分为紫外光刻机、深紫外光刻机和极紫外光刻机。[9][10][11]根据曝光方式可分为接触式光刻机、接近式光刻机和直写式光刻机。[12][13]光刻机的关键性能指标包括分辨率、对准精度、曝光方式、光源波长和生产效率等。[14]光刻机的核心组成部分包括光源、镜头和工作台,每个部件都非常复杂,需要精心设计以实现精度、效率和稳定性的最佳表现。[7]光刻机广泛应用于半导体芯片制造、微机电系统(MEMS)[15]、印刷电路板(PCB)[16]以及显示屏制造[17]等领域。[18]
全球光刻机的主要公司有荷兰ASML、日本NikonCanon,其中ASML市场占有率超过70%,是唯一一家能制造高端极紫外光刻机的企业。[19][20]2022年ASML前道光刻机产品中EUV光刻机的销售额占比近50%。[21]日本的Canon公司主要生产i-line光刻机,Nikon公司主要生产除EUV外的其它光刻机。[21]在中国公司中,上海微电子的后道封装光刻机在中国国内的市占率高达80%,全球的市占率约为40%。[2]

发展历史