半导体曝光装置

推动数字社会发展的同时,实现了半导体的小型化、多功能化

当今日常生活中的许多产品,如智能手机和电子设备等,多呈现小型化、多功能化。尼康的半导体曝光装置对这些产品中不可或缺的半导体元件(半导体集成电路)的发展起着关键推动作用。

半导体曝光装置的工作流程为:通过超高性能镜头缩小印有复杂且细微的电路图形的大型玻璃光罩,并刻录在晶片上。

半导体曝光装置需要三种关键技术,他们决定着整个系统的性能。

第一,“投影透镜的分辨率”。镜头的分辨能力越高,能通过光学系统传输的电路图形就越复杂。为了提高镜头的性能,尼康严格管理从混合镜头原材料、分解、研磨、上涂层到组装的整个生产过程。

第二,“对准精度”。制作一个半导体必须对光罩进行几十次替换,并在曝光过程中对电路图形进行反复刻录。因此每次丝毫不差地对准晶片和光罩至关重要。为此尼康使用多个传感器以对光罩和晶片进行精确定位。

第三,“产量”。大规模生产半导体时,这一技术十分重要。产量是产能的一个指标,即一小时内可曝光晶片的数量。为了在同一个晶片上实现最大数量的半导体曝光,尼康技术实现了晶片台的高速移动,并准确停在指定位置,从而提高生产率。

通过将这三种技术结合,尼康半导体曝光装置是迄今为止格外精密的设备。

液浸式曝光

自诞生以来,半导体的体积极速小型化,同时可搭载的功能也越来越多。随着半导体的不断进化,尼康亦持续开发具有更高分辨率的曝光技术以满足其日趋小型化趋势。但是当小型化发展到一定程度,如何使其更小型化,在技术上碰到了理论瓶颈。最终尼康在半导体曝光技术中采用了液浸式曝光技术,打破了僵局。

液浸式曝光技术是在曝光装置的透镜和晶片之间的微小空隙中嵌入一层薄薄的超纯水,超纯水的折射率(1.44)高于空气折射率(1.00),在液浸式曝光技术中,超纯水起着透镜的作用,以实现高分辨率。

该技术克服上述瓶颈,可顺利制造体积小于40纳米的半导体。

多重图形

如同液浸式曝光,多重图形技术也是支持最新半导体制造的技术。多重图形是指一个电路图形在被低特征密度(低到可以用现有半导体光刻系统印录)分成两个或以上图形后进行重组,最终生成高特征密度的技术。看似简单的过程,但在实际的半导体制造过程中,要通过以极高的重合精度在同一晶片上进行重复曝光来刻印多重电路图形,从而尽量减少曝光位置的偏移。

实现所需的极高重合精度,将误差控制在几纳米以内,同时具备高产能,有效地实现具有20纳米或更小节点设备的大规模生产。于2016年上市的ArF液浸扫描式曝光机NSR-S631E,是一款为满足7nm工艺节点量产而开发。该曝光机可达到2.3nm以下的设备间重合精度(MMO)和270片/每小时以上高吞吐量。

  • MMO(Mix and Match Overlay):设备间重合精度。