光刻机的结构图（光刻机结构组成及工作原理）

光刻机怎么制作（最好提供图文）？

第一步：制作光刻掩膜版（Mask Reticle）

芯片设计师将CPU的功能、结构设计图绘制完毕之后，就可将这张包含了CPU功能模块、电路系统等物理结构的“地图”绘制在“印刷母板”上，供批量生产了。这一步骤就是制作光刻掩膜版。

光刻掩膜版：（又称光罩，简称掩膜版），是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构，再通过曝光过程将图形信息转移到产品基片上。（*百度百科）

将设计好的半导体电路”地图“绘制在由玻璃、石英基片、铬层和光刻胶等构成的掩膜版上

光刻掩膜版的立体切片示意图

第二步：晶圆覆膜准备

从砂子到硅碇再到晶圆的制作过程点此查阅，这里不再赘述。将准备好的晶圆（Wafer）扔进光刻机之前，一般通过高温加热方式使其表面产生氧化膜，如使用二氧化硅（覆化）作为光导纤维，便于后续的光刻流程：

第三步：在晶圆上“光刻”电路流程

使用阿斯麦的“大杀器”，将紫外（或极紫外）光通过蔡司的镜片，照在前面准备好的集成电路掩膜版上，将设计师绘制好的“电路图”曝光（光刻）在晶圆上。（见动图）：

上述动图的工作切片层级关系如下：

光刻机照射到部分的光阻会发生相应变化，一般使用显影液将曝光部分祛除

而被光阻覆盖部分以外的氧化膜，则需要通过与气体反应祛除

通过上述显影液、特殊气体祛除无用光阻之后，通过在晶圆表面注入离子激活晶体管使之工作，进而完成半导体元件的全部建设。

做到这里可不算大功告成，这仅仅是错综复杂的集成电路大厦中，普通的一层“楼”而已。完整的集成电路系统中包含多层结构，晶体管、绝缘层、布线层等等：

搭建迷宫大厦一般的复杂集成电路，需要多层结构

因此，在完成一层光刻流程之后，需要把这一阶段制作好的晶圆用绝缘膜覆盖，然后重新涂上光阻，烧制下一层电路结构：

多次重复上述操作之后，芯片的多层结构搭建完毕（下图）：

如果上图看的不太明白，可以看看Intel的CPU芯片结构堆栈图：

当然，我们可以通过高倍显微镜来观察光刻机“烧制”多层晶圆的堆叠情况：

第四步：切蛋糕（晶圆切割）

使用光刻机烧制完毕的晶圆，包含多个芯片（Die），通过一系列检测之后，将健康的个体们切割出来：

从晶圆上将一个个“小方块”（芯片）切割出来

第五步：芯片封装

将切割后的芯片焊

中国作为世界上唯一拥有全产业链的国家，为什么还会被光刻机卡住脖子呢？

中国拥有41个工业大类、207个工业中类、666个工业小类，是联合国认证的在全世界范围内唯一拥有完整工业门类的国家。

但是就是这样一个拥有全产业链的国家为什么还会被光刻机卡住脖子呢？

光刻机的原理

尽管光刻机的原理网上一搜到处都是，但这里我们试图用一些通俗易懂的概念来讲解光刻机的大致原理。

光刻机的主要用途是用来制造芯片。往往芯片的大小就如同人的指甲，就是在这小小的指甲片上集成着数十亿个元器件，说起来你的指甲片上附着的细菌都没这么多。

那么如此多的元器件是怎样集成在这么小的地方上的呢？一般来说，我们要制造某种东西都是先将组成这种东西的零件制造出来然后拼接起来，但对于芯片来说，世界上还没有能够将芯片上的元器件单独制造出来的工具，所以只能从整体出发。

芯片制造简单流程

光刻机正是沿用整体思路，但是要在这么小的地方“刻”出数十亿个元器件传统的方法肯定行不通，总不能用刀刻，用水洗出来元器件吧，所以“刻”出元器件的工具也非同寻常那就是“光”。以过去颇为流行的胶卷相机为例，胶片是黑色的而且不能见光，见光就会变白变得没什么用了，研制光刻机的工程师们也找到了遇到光线就很容易溶解的胶片，这种特殊胶片就是光刻胶。

举个例子，如果我们想在芯片上刻上去一个正方形，那么我们就用正方形的光线去照射涂抹光刻胶的芯片，光刻胶溶解的同时也会连带下面的硅层溶解，这样在经过后期的一些处理芯片上就会出现刻出来的正方形。而正常的光刻是数十亿个元器件一同进行的。

光刻示意图

但还有一个问题是这些芯片上的元器件不可能都是像方形、圆形这样的简单图形，总不能为此制造不同光线的发射器吧，光刻机的工程们又想到的了投影仪的原理，或者是中国古代传统的皮影戏，只要制作出了“剪影”，然后将“剪影”用光线投射到硅片上就可以了。

光刻机领域被卡在哪里？

中国被光刻机卡脖子这句话其实有些片面，我们并非不能制造出光刻机。

中国的上海微电子装备有限公司是世界上少数可以制造光刻机的公司，根据最新的消息，该公司已经成功研制出28nm制程的光刻机。

那么，光刻机既然能被制造出来那么它又被卡在哪里了呢?

总体来说，光刻机的镜头、光源、掩膜台等方方面面都受到一定的制约，但这不能全部归咎于中国产业链全而不强，因为世界经济贸易呈现全球化的特点，即使是光刻机的制造龙头荷兰的ASML，也是从全世界采购光刻机元件，最后进行组装。

荷兰ASML公司

而中国由于受到高科技设备进口的限制无法购买制造光刻机的高端器件，所以生产的光刻机大部分只能成为“备胎”或低端芯片的生产设备，大陆最大的芯片代工公司中芯也不得不花费数亿美元进口ASML，而且时不时面临延迟交货、断供的风险。

光刻机内部结构图

这里，我们以光刻机的配套材料光刻胶谈谈卡脖子问题。

美国的两个小弟，日本与韩国早就互看不顺眼，所以经济实力比较强的日本对韩国发动了经济制裁，禁止出口有关半导体的生产材料，虽然进出口名单中并不包含光刻胶，但显然也是制裁韩国的利器之一，原因无它，日本在光刻胶的生产上占据垄断地位，约占全世界80%的光刻胶份额。

世界光刻胶份额

光刻胶大致分为正光刻胶和负光刻胶，大致的成分多是以脂类的感光物质以及其他溶剂。光刻胶对于光刻机的重要性就如同胶片对于胶片相机，光刻胶质量不合格，就算是1nm制程的光刻机也不会有生产力。

光刻胶的制造难点不在于它的化学成分是什么，这些很多资料上都有，最重要的还是制造光刻胶的工艺流程，比如说制造出来的光刻胶其金属残留浓度要极低而这做到这一点不仅需要大量资金的投入还要不同学科科研人员以及工程师们共同的努力配合。

当然，中国也是可以制造光刻胶的，但是主要是应用在低端产业的（主要应用于印刷电路板），而半导体光刻胶（代表光刻胶最先进水平）、面板光刻胶在国内基本没什么份额，见下图。

国内光刻胶分布

目前，中国的光刻胶正在向LCD光刻胶即面板光刻胶发力，一些企业也逐渐采用国产化光刻胶，目前的国产化率虽然不高，约为10%但份额仍在有序上升，而半导体光刻胶国内正在进行攻关，一些半导体光刻胶如KrF光刻胶已经通过国内验证。

国产化光刻胶之路仍然路途迢迢，但是胜利的希望在不断扩大。

对于光刻机领域的常见误解

由于光刻机对于普通人就是高大上的存在，所以对于光刻机有很多的误解。

误解一：有了光刻机就能制造芯片。

这是很常见的误解之一。实际上，光刻机也只是制造芯片流程的一部分，或者说主要工具之一，其他的等离子刻蚀机、离子注入机、晶圆划片机等设备也是制造芯片缺一不可的设备。

除此之外制造工艺也是和设备等同重要的，如果制造工艺不合格不仅芯片生产不出来甚至还会导致设备损坏，就像台积电尽管设备是自己的，但使用了美国的技术依旧无法为华为代工，另外设备的维护也需要专业人员操作。

芯片生产过程

很遗憾的是，除了少数设备我们追平了国际先进水平，其他的仍然有一定差距，光刻机只不过是被推出来反思的工具而已。当然，光刻机的确是最重要的设备，而国外对我们的封锁也主要在这里。

误解二：关于光刻机的称呼问题

网络上包括一些新闻媒体用 xx 纳米光刻机来指代光刻机能制造什么级别的芯片，其实这是不严谨的说法，准确的说法应该是光刻机的xx纳米制程，或者xx纳米制程光刻机，这也体现了上面说的工艺流程的重要性。

光刻芯片

实际上，根本没有所谓的什么14nm光刻机、5nm光刻机，我们看到的也只是xx纳米的工艺研发成功而并非光刻机。

光刻机是干什么用的，工作原理是什么？

一、用途

光刻机是芯片制造的核心设备之一，按照用途可以分为好几种：有用于生产芯片的光刻机；有用于封装的光刻机；还有用于LED制造领域的投影光刻机。

用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口，本次厦门企业从荷兰进口的光刻机就是用于芯片生产的设备。

二、工作原理

在加工芯片的过程中，光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩模，经物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，然后使用化学方法显影，得到刻在硅片上的电路图。

一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片，线路图的层数越多，也需要更精密的曝光控制过程。

扩展资料

光刻机的结构：

1、测量台、曝光台：是承载硅片的工作台。

2、激光器：也就是光源，光刻机核心设备之一。

3、光束矫正器：矫正光束入射方向，让激光束尽量平行。

4、能量控制器：控制最终照射到硅片上的能量，曝光不足或过足都会严重影响成像质量。

5、光束形状设置：设置光束为圆型、环型等不同形状，不同的光束状态有不同的光学特性。

6、遮光器：在不需要曝光的时候，阻止光束照射到硅片。

7、能量探测器：检测光束最终入射能量是否符合曝光要求，并反馈给能量控制器进行调整。

8、掩模版：一块在内部刻着线路设计图的玻璃板，贵的要数十万美元。

9、掩膜台：承载掩模版运动的设备，运动控制精度是nm级的。

10、物镜：物镜用来补偿光学误差，并将线路图等比例缩小。

11、硅片：用硅晶制成的圆片。硅片有多种尺寸，尺寸越大，产率越高。题外话，由于硅片是圆的，所以需要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系，根据缺口的形状不同分为两种，分别叫flat、 notch。

12、内部封闭框架、减振器：将工作台与外部环境隔离，保持水平，减少外界振动干扰，并维持稳定的温度、压力。

参考资料来源：百度百科-光刻机

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