什么是半導(dǎo)體曝光設(shè)備？半導(dǎo)體曝光設(shè)備的應(yīng)用及原理

什么是半導(dǎo)體曝光設(shè)備？

半導(dǎo)體曝光設(shè)備是半導(dǎo)體制造過程中用于在硅片上繪制電路圖案的設(shè)備。強(qiáng)大的紫外光透過光掩模，作為電路圖案的原型，電路圖案被轉(zhuǎn)移到涂有光刻膠的硅晶片上。近年來，一些設(shè)備使用波長為 13 nm 的激光（稱為 EUV）來微型化精細(xì)電路圖案。由于定位等要求高精度，因此設(shè)備價(jià)格昂貴。

半導(dǎo)體曝光設(shè)備的應(yīng)用

半導(dǎo)體曝光設(shè)備用于包含MOS（金屬氧化物半導(dǎo)體）和FET（場效應(yīng)晶體管）等半導(dǎo)體元件的IC（集成電路）制造過程中的曝光工序。

在IC制造過程中，在硅晶片上依次重復(fù)光刻和蝕刻循環(huán)，并且在將氧化硅、金屬等層層壓并加工成預(yù)定圖案的過程中，半導(dǎo)體元件所需的特性被加工為執(zhí)行得如此，它已經(jīng) .例如，在n型MOS(NMOS)的情況下，在p型硅基板的柵極區(qū)域上形成氧化硅膜和柵極金屬，并向漏極和源極注入高濃度雜質(zhì)離子。這形成了n型（n+型）MOS。這一系列工序中的光刻工序和蝕刻工序如圖所示地構(gòu)成(成膜工序S1～抗蝕劑剝離工序S6)。

其中，曝光工序(S3)使用半導(dǎo)體曝光裝置來進(jìn)行。根據(jù)電路圖案的尺寸和半導(dǎo)體元件的精度，使用不同的曝光設(shè)備波長。

半導(dǎo)體曝光設(shè)備原理

半導(dǎo)體曝光設(shè)備由光源、聚光透鏡、光掩模、投影透鏡和載物臺(tái)組成。從光源發(fā)出的紫外光通過聚光透鏡調(diào)整，使其指向同一方向。之后，紫外光穿過作為構(gòu)成電路圖案的一層的原型的光掩模，并通過投影透鏡減少光線，將半導(dǎo)體元件的電路圖案（的一層）轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體元件上。馬蘇。在諸如步進(jìn)機(jī)之類的曝光設(shè)備中，在完成一次轉(zhuǎn)移之后，通過平臺(tái)移動(dòng)硅晶片，并將相同的電路圖案轉(zhuǎn)移到硅晶片上的另一位置。通過更換光掩模，可以轉(zhuǎn)印半導(dǎo)體器件的另一層電路圖案。

所使用的光源包括波長為248 nm的KrF準(zhǔn)分子激光器、波長為193 nm的ArF準(zhǔn)分子激光器以及波長為13 nm的EUV光源。

最新的半導(dǎo)體制造工藝的設(shè)計(jì)規(guī)則（最小加工尺寸）變得更加精細(xì)，達(dá)到3至5納米左右，因此聚光透鏡、光掩模、投影透鏡和平臺(tái)都需要納米級(jí)的高精度。此外，隨著層壓的進(jìn)行，進(jìn)行多次曝光以改變電路圖案并形成單個(gè)半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體光刻設(shè)備市場規(guī)模及份額

全球電子設(shè)備市場持續(xù)擴(kuò)大，支撐其的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)變得越來越重要。盡管2019年全球半導(dǎo)體市場經(jīng)歷了負(fù)增長，但盡管過去經(jīng)歷過雷曼沖擊，但仍持續(xù)擴(kuò)張。近年來，存儲(chǔ)器的技術(shù)發(fā)展從小型化轉(zhuǎn)向3D技術(shù)，蝕刻技術(shù)的重要性日益增加。

截至2018年，半導(dǎo)體光刻設(shè)備的市場規(guī)模為10852億日元。
按消費(fèi)地區(qū)來看，韓國以36%占主要地位，其次是中國臺(tái)灣地區(qū)（19%）、中國大陸（18%）、美國（14%）、日本（7%）。半導(dǎo)體光刻設(shè)備廠商按國籍劃分的市場（2018年）為歐洲（84%）、日本（14%）和美國（2%），其中歐洲和日本幾乎形成寡頭壟斷。

關(guān)于EUV曝光設(shè)備

EUV（Extreme Ultraviolet的縮寫）曝光設(shè)備是一種使用被稱為極紫外光的極短波長光的半導(dǎo)體曝光設(shè)備。可以加工使用ArF準(zhǔn)分子激光的傳統(tǒng)曝光設(shè)備難以加工的更精細(xì)尺寸。

半導(dǎo)體小型化正在按照摩爾定律進(jìn)行（半導(dǎo)體集成電路的高度集成度和功能將在三年內(nèi)提高四倍）。到目前為止，通過稱為步進(jìn)器的縮小投影曝光技術(shù)、更短的曝光波長和浸沒式曝光技術(shù)的開發(fā)，分辨率已得到顯著提高。

小型化是指晶圓上可印刷的最小加工尺寸變得更小，最小加工尺寸R由下面的瑞利方程表示。
　R=k·λ/NA *k為比例常數(shù)，λ為曝光波長，NA為曝光光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑

通過各種技術(shù)的發(fā)展，通過減小k、減小λ和增大NA來實(shí)現(xiàn)小型化。
EUV曝光設(shè)備是一種可以通過縮短曝光波長來突破以往限制的技術(shù)，近年來已開始量產(chǎn)。

關(guān)于半導(dǎo)體曝光設(shè)備的價(jià)格

半導(dǎo)體光刻設(shè)備目前對(duì)于半導(dǎo)體的高效量產(chǎn)來說是重要的，但它是高精密的機(jī)器，而且價(jià)格昂貴。

半導(dǎo)體光刻設(shè)備采用的光源波長越短，可以形成的圖案越精細(xì)，但光刻設(shè)備的成本也會(huì)越高。據(jù)稱每個(gè)波長的成本為i-line約18000000元、KrF約60000000元、ArF干式約90000000元、ArF浸沒式約280000000元、EUV約900000000元。

電路越精細(xì)，可以實(shí)現(xiàn)越快的信號(hào)傳輸和節(jié)能，但近年來，由于小型化，無法忽視工藝成本的增加，包括半導(dǎo)體曝光設(shè)備的價(jià)格。

就半導(dǎo)體光刻設(shè)備所需的性能而言，從半導(dǎo)體制造的成本角度來看，半導(dǎo)體光刻設(shè)備的吞吐量也是一個(gè)重要指標(biāo)。吞吐量是表示電路圖案曝光速度的性能，隨著吞吐量的增加，每個(gè)硅芯片的制造成本（運(yùn)行成本）會(huì)降低。這在半導(dǎo)體芯片的大規(guī)模生產(chǎn)過程中非常重要。