光刻機是干什么用的？發展史、工作原理、分類一覽

信息化時代，半導體材料是發展的基石，誰能掌握半導體材料的生產技術誰就能在時代發展中占據領先地位，而半導體材料的生產離不開光刻機，作為半導體材料生產中的重要一環，光刻決定了半導體材料的質量。那么，光刻機具體是干什么的呢?本文將介紹光刻機發展史、工作原理及分類，希望對您有所幫助。

1.光刻機

光刻機是集成電路(integrated circuit，IC)制造中光刻環節的核心設備，技術含量、價值含量極高。光刻機涉及系統集成、精密光學、精密運動、精密物料傳輸、高精度微環境控制等多項先進技術，是所有半導體制造設備中技術含量最高的設備。

2.光刻機分類

當前，市面上的光刻機主要分為無掩膜光刻機和有掩膜光刻機。

(1)無掩膜光刻機

無掩膜光刻機又可細分為電子束直寫光刻機：主要用于高分辨率掩膜版制造;激光直寫光刻機：用于小批量特定芯片制造;離子束直寫光刻機：多用于實驗研究。

(2)有掩膜光刻機

有掩膜光刻機又可細分為接近/接觸式光刻機：設備價格較為便宜;投影光刻機：目前廣泛使用。

3.光刻機工作原理

光刻機使用納米級的激光對硅片進行光刻，激光通過一系列光源能量、形狀控制的手段后，投射過畫有線路圖的掩膜，將線路圖按照一定比例縮小后映射到硅片上。然后使用化學方式顯影，得到刻在硅片上的電路圖。

4.光刻機發展史

(1)接觸式光刻機

接觸式光刻機是20世紀60-70年代集成電路制造中的主要設備，接觸式光刻機的縮放比為1：1，分辨率可達到4~5微米。由于掩模和光刻膠膜層反復接觸和分離，隨著曝光次數的增加，會引起掩模版和光刻膠膜層損壞、芯片良率下降等不良后果。一般掩模版在完成15~25次曝光后就需要進行清潔或更換，掩模版的制造和維護費用增加了光刻成本和芯片制造成本。

(2)接近式光刻機

接近式光刻機在曝光過程中掩模版和光刻膠膜層之間存在10~25m的間隔，有效減少了掩模版和光刻膠膜層損傷。相比于接觸式光刻機而言，接近式光刻機延長了掩模版的使用壽命，降低了芯片制造成本。接近式光刻機的縮放比近似為1：1，分辨率可達到 2-4m，是20世紀70年代芯片制造的主要設備。

(3)掃描式投影光刻機

為縮小集成電路的特征尺寸，1973 年美國珀金埃爾默(Perkin Elmer)公司研制出掃描式投影光刻機，型號為 PE 100，PE100 光刻機采用共心全反射式投影系統，縮放比為1：1，數值孔徑達到0.167。

(4)分步式投影光刻機

為滿足集成電路制造對更小特征尺寸的需求，1978年，美國GCA公司研制出分步式投影光刻機，型號為 DSW4800。DSW4800采用g線(436nm)波長的汞燈光源，投影物鏡的數值孔徑達到0.28，縮小比例為10：1，可適用于特征尺寸為 1.25m的集成電路制造。

(5)步進掃描投影光刻機

當集成電路制造的特征尺寸減小到250nm及以下時，光刻工藝對光刻機的對準精度、分辨率和產率等關鍵性能指標的要求更高。1990 年美國 SVGL 公司推出步進掃描投影光刻機，型號為Micrascan I。

5.光刻機市場格局

2020年全球光刻機市場TOP企業競爭格局(按銷售量)來看，ASML占比63%，是全球光刻機絕對的龍頭;此外，CANON占比30%，NIKON占比7%。

以上梳理了光刻機的作用、原理、發展史與種類，更多相關內容，敬請關注三個皮匠報告的行業知識欄目。

本文由@2200 發布于三個皮匠報告網站，未經授權禁止轉載。

推薦閱讀：

2022我國光通信行業分析，產業鏈、市場規模及前景一覽

什么是固體激光器?工作原理是?與光纖激光器區別是?

什么是背光模組?分類有哪些?國內上市公司一覽