光刻机是集成电路制造中最关键的设备之一。其发展历程大致可以分为三个阶段:
第一阶段:接触式光刻机阶段(1970年之前)。早期的光刻机采用接触式曝光,通过物理掩膜接触晶圆进行曝光。这种结构简单但对掩膜和晶圆要求高,无法实现大尺寸和高密度集成电路制造。
第二阶段:投影式光刻机阶段(1970-2000年)。后来发明的投影式光学系统使得光刻机实现非接触 Mask-Wafer 间的曝光投影,大大改进了光刻效率和集成电路复杂度。代表机型是步进式投影光刻机(Stepper)。
第三阶段:步进扫描式光刻机阶段(2000年至今)。为了实现更大尺寸和更高集成度的芯片制造,步进扫描式光刻机(Step and Scan Machine)被发明,通过对掩膜和晶圆同步扫描曝光的方式,可以无限放大集成电路尺寸。这种机型的出现极大推动了集成电路的发展。
光刻机的基本结构包括:
• 光源系统:提供紫外曝光光,如准分子激光器等。
• 光学投影系统:实现掩膜图案的放大投影,通常由镜头、光学透镜等组成。
• 底座系统:放置晶圆并精确控制晶圆位置的平台。
• 掩膜台:放置掩膜的平台,用于与底座上的晶圆精确对准。
• 光栅定位系统:用于掩膜和晶圆的精密位移、对准和位置检测。
• 整体框架结构:支撑和驱动整个光刻机的机械结构和电机传动系统。
光刻机的发展历程与IC集成度的提高、尺寸的增加息息相关。随着半导体技术的不断进步,光刻机的分辨率、准确度和晶圆尺寸也在不断提高,这为更高性能和更低成本的芯片制造提供了基本设备支撑。
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