日本首臺半導(dǎo)體光刻機長啥樣? 竟然和相機有點像！

佳能※1于1970年發(fā)售了日本首臺半導(dǎo)體光刻機「PPC-1※2」，今年是佳能正式投入半導(dǎo)體光刻機領(lǐng)域50周年。半導(dǎo)體器件被廣泛應(yīng)用于從智能手機到汽車等各個領(lǐng)域，在其制造過程中半導(dǎo)體光刻機必不可少。隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，佳能的半導(dǎo)體光刻機也在不斷升級。

首臺日本產(chǎn)半導(dǎo)體光刻機「PPC-1」

佳能光刻機的歷史始于對相機鏡頭技術(shù)的高度應(yīng)用。靈活運用20世紀60年代中期在相機鏡頭開發(fā)中積累的技術(shù)，佳能研發(fā)出了用于光掩膜制造的高分辨率鏡頭。此后，為了進一步擴大業(yè)務(wù)范圍，佳能開始了半導(dǎo)體光刻機的研發(fā)，并于1970年成功發(fā)售日本首臺半導(dǎo)體光刻機「PPC-1」，正式進入半導(dǎo)體光刻機領(lǐng)域。

佳能于1975年發(fā)售的「FPA-141F」光刻機在世界上首次實現(xiàn)了1微米※3以下的曝光，此項技術(shù)作為“重要科學(xué)技術(shù)歷史資料(未來技術(shù)遺產(chǎn))”，于2010年被日本國立科學(xué)博物館產(chǎn)業(yè)技術(shù)歷史資料信息中心收錄。

目前佳能的光刻機陣容包括i線光刻機※4和KrF光刻機※5產(chǎn)品線，并根據(jù)時代的需求在不斷擴大應(yīng)用范圍。今后，佳能將繼續(xù)擴充半導(dǎo)體光刻機的產(chǎn)品陣容和可選功能，以支持各種尺寸和材料的晶圓以及下一代封裝※6工藝。此外，在尖端領(lǐng)域為滿足電路圖案進一步微細化的需求，佳能也在致力于推進納米壓印半導(dǎo)體制造設(shè)備※7的研發(fā),并使之能應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。

自1986年起，佳能將半導(dǎo)體光刻機技術(shù)應(yīng)用于平板顯示器制造領(lǐng)域，開始開發(fā)、制造和銷售平板顯示曝光設(shè)備。今后佳能也將繼續(xù)致力于提高清晰度和生產(chǎn)效率，以滿足液晶和OLED顯示設(shè)備制造的需求。

佳能投入半導(dǎo)體領(lǐng)域迎來50周年，今后將繼續(xù)提升光刻設(shè)備技術(shù)，為社會發(fā)展做出貢獻。

<何謂半導(dǎo)體器件>

半導(dǎo)體器件被用于智能手機、電腦、數(shù)碼相機等幾乎所有的日常產(chǎn)品中，支撐著我們的日常生活。隨著萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時代到來，不管是汽車和家電等各種物品上搭載的傳感器和通信器件、還是分析大數(shù)據(jù)的AI(人工智能)處理器等，半導(dǎo)體器件之于這個社會比以往任何時候都更加不可或缺，并且其需求還在不斷增加。

<何謂半導(dǎo)體光刻機>

半導(dǎo)體光刻機在半導(dǎo)體器件的制造過程中，承擔(dān)“曝光”的作用。半導(dǎo)體器件是通過將精細電路圖案曝光在稱為晶圓的半導(dǎo)體基板上而制成的。半導(dǎo)體光刻機設(shè)備的作用是將在掩膜版上繪制的電路圖案通過投影透鏡縮小，再將圖案曝光在晶圓上。晶圓在晶圓臺上依次移動，電路圖案將在一個晶圓上重復(fù)曝光。因為電路是由從微米到納米※8級別的超精細圖案經(jīng)過多層堆疊制成，所以半導(dǎo)體光刻機也需具備超高精密的技術(shù)，以滿足從微米到納米單位級別的性能。

<半導(dǎo)體器件制造工藝>

1.制作掩膜版(原版)。 設(shè)計決定半導(dǎo)體芯片功能和性能的電路。電路圖案繪制在數(shù)十塊玻璃板上。

2.準備晶圓。 準備半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)的圓盤形晶圓。加熱后在表面形成氧化膜，然后涂上光阻(感光劑)。

3.在晶圓上繪制電路圖案。

① 光照在掩膜版上，將電路圖案曝光在晶圓上。光通過透鏡縮小，可以畫出更細的線。電路的線寬越細，一個半導(dǎo)體器件上可集成的半導(dǎo)體元件數(shù)量就越多，從而可以獲得高性能且多功能的半導(dǎo)體器件。(使用光刻機)

(曝光的原理圖)

光照到部分的光阻發(fā)生變化后，使用顯影液將曝光部分去除。

② 光阻覆蓋部分以外的氧化膜通過與氣體反應(yīng)去除。

③ 在去除不需要的光阻后，在裸露的晶圓上，通過注入離子使晶體管有效工作，由此來制造半導(dǎo)體元件。

④ 用絕緣膜覆蓋整個晶圓后，將表面弄平整確保沒有凹凸。隨后涂上光阻，準備下一層電路圖案的曝光。

重復(fù)①～④的工藝，在晶圓表面形成多個層，然后通過布線連接。

4.從晶圓上切下半導(dǎo)體芯片。

5.將芯片粘在框架上，接上電線。檢查工程后半導(dǎo)體器件制作完成。

※1 為方便讀者理解，本文中佳能可指代：佳能(中國)有限公司，佳能股份有限公司，佳能品牌。

※2 PPC是Projection Print Camera的簡稱。發(fā)售當(dāng)時被稱為半導(dǎo)體洗印設(shè)備，而非半導(dǎo)體光刻機。

※3 1微米是100萬分之一米。

※4 使用i線(水銀燈波長 365nm)光源的半導(dǎo)體光刻機。1nm(納米)是10億分之1米。

※5 使用波長248nm，由氪(Kr)氣體和氟(F)氣體產(chǎn)生的激光的半導(dǎo)體光刻機。

※6 保護精密的IC芯片免受外部環(huán)境影響，并在安裝時實現(xiàn)與外部的電氣連接。

※7 通過將掩膜(模具)像壓膜一樣直接壓在晶圓的光阻(樹脂)上，可以如實地臨摹掩膜的電路圖案，與傳統(tǒng)的光刻機相比，其特點是可以繪制高分辨率的圖案。

※8 1㎛(微米)是100萬分之1米。1nm(納米)是10億分之1米。