招行个人养老金账户一文读懂，一文读懂光刻机的工作原理

很多朋友对招行个人养老金账户一文读懂，一文读懂光刻机的工作原理不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

光刻是集成电路最重要的加工工艺，它的作用就像金工车间的车床。光刻是芯片制造中最关键的技术。在整个芯片制造过程中，几乎每一道工序都离不开光刻技术。

光刻机的工作原理：利用光刻机发出的光，通过有图案的掩膜，对涂有光刻胶的薄片进行曝光，光刻胶的性质在看到光后会发生变化，从而将掩膜上的图案复制到薄片上，使薄片具有电子电路图的功能。这就是光刻的作用，类似于相机摄影。相机拍的照片印在底片上，而光刻的不是照片，而是电路图等电子元件。

简单来说，光刻机就是一个放大的单反，光刻机就是将掩模上设计好的集成电路图案通过曝光印刷到感光材料上，形成图案。

镜头：镜头是光刻机的核心部分。这不是一个普通的镜头。可以达到2米的高度，1米的直径，甚至更多。光刻机整个曝光光学系统由几十个大锅底的镜片串联而成，其光学部分的精度控制在几纳米以内。目前光刻机中最强大的镜头是蔡司，一家老牌光学仪器公司，ASML用的就是他的镜头。光源：光源是光刻机的核心之一，光刻机的工艺能力首先取决于其光源的波长。

下表显示了各种掩模对准器光源的具体参数：

光刻机中最早的光源是紫外：由汞灯产生的紫外光(UV)，从g线发展到I线，波长降低到365nm，实际对应的分辨率约为200nm。随后，工业界采用了准分子激光的深紫外光(DUV)。进一步将ArF的波长减小到193nm。然而，在157nm F2准分子激光器遇到一系列技术障碍后，ArF浸没技术成为主流。

所谓浸没技术，就是将透镜和硅片之间的空间浸没在液体中。因为液体的折射率大于1，激光的实际波长会大大减小。目前主流使用的纯水折射率为1.44，所以ArF加浸没技术的实际等效波长为193nm/1.44=134nm。从而获得更高的分辨率。F2准分子激光器一直没有发展起来的一个重要原因是157nm波长的光无法穿透纯水，无法与浸没技术相结合。

所以准分子激光光源只发展到了ArF。之后，业界开始使用极紫外光(EUV)来进一步提供更短波长的光源。目前主要的方法是将准分子激光照射在tin等靶材上，用13.5nm作为光刻机光源激发光子。目前各大代工厂在7nm以下的最高端工艺都会采用EUV光刻机，三星在7nm节点已经采用。

目前，只有荷兰的ASML可以提供EUV光刻机进行量产。

分辨率：光刻机的分辨率表示光刻机清晰投影最小图像的能力，是光刻机中最重要的技术指标之一，决定了光刻机可以应用的工艺节点水平。但必须注意的是，虽然分辨率与光源波长密切相关，但两者并不完全对应。

具体来说，它们之间关系的公式是：公式中，R代表分辨率；代表光源的波长；K1是工艺相关参数，一般在0.25-0.4之间；NA(NumericalAperture)称为数值孔径，是光学透镜的一个重要指标。一般情况下，光刻机设备会明确标出这个指标的值。所以我们在研究和了解光刻机的性能时，一定要确认这个数值。

在光源波长不变的情况下，NA的大小直接决定了光刻机的实际分辨率，也决定了光刻机能达到的最高工艺节点。关于这个参数的具体含义和详细解释，感兴趣的朋友可以参考维基百科。

对准精度：重叠精度的基本含义是指两次光刻过程之间的对准精度(3)。如果对准偏差过大，将直接影响产品的良率。对于高阶光刻机，一般设备供应商会提供两个对准精度的数值，一个是单机的两个对准误差，一个是两个器件(不同器件)之间的对准误差。

实际上，套准精度是光刻机另一个非常重要的技术指标，但在学习和掌握光刻机性能时，有时容易被非专业人员所忽视。我们在后面的主要供应商产品清单中加入了这个指标。

工艺节点：工艺节点是反映集成电路工艺水平最直接的参数。目前主流的节点有0.35um、0.25um、0.18um、90nm、65nm、40nm、28nm、20nm、16/14nm、10nm、7nm等。传统上(28nm节点之前)，节点的值一般指MOS晶体管的最小栅长，第二金属层(M2)的最小间距也作为节点索引。

节点的尺寸数值基本上和晶体管的长宽成正比关系，每一个节点基本上是前一个节点的0.7倍。这样以来，由于0.7X0.7=0.49，所以每一代工艺节点上晶体管的面积都比上一代小大约一半，也就是说单位面积上的晶体管数量翻了一番。这也是著名的摩尔定律（Moore‘sLaw）的基础所在。一般而言，大约18~24个月，工艺节点就会发展一代。

但是到了28nm之后的工艺，节点的数值变得有些混乱。一些Foundry厂可能是出于商业宣传的考量，故意用一些图形的特征尺寸（FeatureSize）来表示工艺节点，他们往往用最致密周期图形的半间距长度来作为工艺节点的数值。这样一来，虽然工艺节点的发展依然是按照0.7倍的规律前进，但实际上晶体管的面积以及电性能的提升则远远落后于节点数值变化。

更为麻烦的是，不同Foundry的工艺节点换算方法不一，这便导致了很多理解上的混乱。根据英特尔的数据，他们20nm工艺的实际性能就已经相当于三星的14nm和台积电的16nm工艺了。上图为英特尔公布的10nm节点详细工艺参数对比。由图可以明显看到，同样10nm工艺节点上，英特尔的晶体管密度大约是三星和台积电的两倍。

在65nm工艺及以前，工艺节点的数值几乎和光刻机的最高分辨率是一致的。由于镜头NA的指标没有太大的变化，所以工艺节点的水平主要由光源的波长所决定。ArF193nm的波长可以实现的最高工艺节点就是65nm。 而到了65nm以后，由于光源波长难于进一步突破，业界采用了浸入式技术，将等效的光源波长缩小到了134nm。不仅如此，在液体中镜头的NA参数也有了较大的突破。

根据ASML产品数据信息，采用浸入技术之后，NA值由0.500.93发展到了0.851.35，从而进一步提高了分辨率。同时，在相移掩模（Phase-ShiftMask）和OPC（OpticalProximityCorrection）等技术的协同助力之下，在光刻设备的光源不变的条件下，业界将工艺节点一直推进到了28nm。

而到了28nm以后，由于单次曝光的图形间距已经无法进一步提升，所以业界开始广泛采用MultiplePatterning的技术来提高图形密度，也就是利用多次曝光和刻蚀的办法来产生更致密图形。 值得特别注意的是，MultiplePatterning技术的引入导致了掩模（Mask）和生产工序的增加，直接导致了成本的剧烈上升，同时给良率管理也带来一定的麻烦。

同时由于前述的原因，节点的提升并没有带来芯片性能成比例的增加，所以目前只有那些对芯片性能和功耗有着极端要求的产品才会采用这些高阶工艺节点技术。于是，28nm便成为了工艺节点的一个重要的分水岭，它和下一代工艺之间在性价比上有着巨大的差别。大量不需要特别高性能，而对成本敏感的产品（比如IOT领域的芯片）会长期对28nm工艺有着需求。

所以28nm节点会成为一个所谓的长节点，在未来比较长的一段时间里都会被广泛应用，其淘汰的时间也会远远慢于其它工艺节点。

各个工艺节点和工艺及光刻机光源类型的关系图根据业界的实际情况，英特尔和台积电一直到7nm工艺节点都依然使用浸入式ArF的光刻设备。但是对于下一代的工艺，则必须采用EUV光源的设备了。目前全球只有ASML一家能够提供波长为13.5nm的EUV光刻设备。毫无疑问，未来5nm和3nm的工艺，必然是EUV一家的天下。

事实上，三星在7nm节点上便已经采用了EUV光刻设备，而中芯国际最近也订购了一台EUV用于7nm工艺的研发。

在售的部分光刻机的列表及相关参数目前光刻设备按照曝光方式分为Stepper和Scanner两种。Stepper是传统地一次性将整个区域进行曝光；而Scanner是镜头沿Y方向的一个细长空间曝光，硅片和掩模同时沿X方向移动经过曝光区动态完成整个区域的曝光。和Stepper相比，Scanner不仅图像畸变小、一致性高，而且曝光速度也更快。

所以目前主流光刻机都是Scanner，只有部分老式设备依旧是Stepper。上表中如果没有特别注明，都是属于Scanner类型。

以上知识分享希望能够帮助到大家！