光刻機(jī)是半導(dǎo)體制造中的核心設(shè)備,其主要作用是將微型電路圖案精確地轉(zhuǎn)移到硅片上。隨著集成電路工藝從微米級(jí)向納米級(jí)發(fā)展,光刻機(jī)的型號(hào)和分類(lèi)也越來(lái)越復(fù)雜,不同型號(hào)的光刻機(jī)在分辨率、光源類(lèi)型、曝光方式和應(yīng)用場(chǎng)景上存在顯著差異。
一、按光源分類(lèi)的型號(hào)
光刻機(jī)可以根據(jù)所使用的光源波長(zhǎng)進(jìn)行分類(lèi),這是最基礎(chǔ)的型號(hào)劃分方式:
i線(xiàn)光刻機(jī)(365nm)
波長(zhǎng)最長(zhǎng),技術(shù)成熟,主要用于傳統(tǒng)90nm以上的工藝制程。
代表型號(hào):尼康 NSR-S203B、佳能 FPA-3000i3。
應(yīng)用場(chǎng)景:功率半導(dǎo)體、模擬芯片以及一些成熟工藝節(jié)點(diǎn)。
KrF光刻機(jī)(248nm)
使用氪氟(KrF)激光作為光源,分辨率高于i線(xiàn)光刻機(jī),可支持65nm至90nm工藝。
代表型號(hào):ASML PAS 5500/1100、尼康 NSR-S204B。
應(yīng)用場(chǎng)景:DRAM、Flash等存儲(chǔ)芯片制造。
ArF光刻機(jī)(193nm)
分為干法和浸沒(méi)式兩類(lèi),其中浸沒(méi)式ArF光刻機(jī)能達(dá)到20nm左右的制程精度。
代表型號(hào):ASML XT:1900、尼康 NSR-S631E。
應(yīng)用場(chǎng)景:高端邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片,廣泛應(yīng)用于28nm、14nm及7nm工藝。
EUV光刻機(jī)(13.5nm)
使用極紫外光(Extreme Ultraviolet, EUV)技術(shù),是目前最先進(jìn)的光刻技術(shù)。
代表型號(hào):ASML NXE:3400C、NXE:3400B。
應(yīng)用場(chǎng)景:5nm、3nm甚至更先進(jìn)的芯片制造,是先進(jìn)制程的關(guān)鍵設(shè)備。
二、按曝光方式分類(lèi)的型號(hào)
光刻機(jī)還可以根據(jù)曝光方式進(jìn)行劃分:
步進(jìn)式光刻機(jī)(Stepper)
按“逐步曝光”方式進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)移,每次只曝光硅片的一小塊區(qū)域。
代表型號(hào):ASML PAS 5500系列、尼康 NSR-S203B。
優(yōu)點(diǎn):精度高,適合先進(jìn)制程。
掃描式光刻機(jī)(Scanner)
曝光過(guò)程中光罩與硅片同步掃描,通過(guò)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)大面積曝光。
代表型號(hào):ASML XT:1900、NXE系列EUV光刻機(jī)。
優(yōu)點(diǎn):可以在保持高分辨率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)大硅片面積曝光,是現(xiàn)代高端芯片生產(chǎn)主流。
直接寫(xiě)入光刻機(jī)(E-beam / Direct Write)
不使用掩模,而是直接用電子束繪制圖案。
代表型號(hào):Raith EBPG、Vistec EB光刻機(jī)。
優(yōu)點(diǎn):適合掩模制作和科研小批量芯片開(kāi)發(fā),分辨率極高但速度較慢。
三、按制造商與型號(hào)系列
全球光刻機(jī)市場(chǎng)高度集中,主要廠(chǎng)商及其代表型號(hào)如下:
荷蘭ASML
主導(dǎo)全球高端光刻市場(chǎng),尤其是EUV光刻機(jī)領(lǐng)域幾乎獨(dú)占。
代表型號(hào):
DUV浸沒(méi)式:XT:1900i、XT:1950i
EUV:NXE:3400B、NXE:3400C、NXE:3600D
特點(diǎn):分辨率高,自動(dòng)化程度高,適合最先進(jìn)工藝。
日本尼康(Nikon)
主打中端DUV光刻機(jī)市場(chǎng),適合成熟工藝節(jié)點(diǎn)。
代表型號(hào):NSR-S630、NSR-S631E、NSR-S620D
特點(diǎn):設(shè)備可靠性高,適合28nm及以上制程。
日本佳能(Canon)
提供DUV和i線(xiàn)光刻機(jī),適合成熟節(jié)點(diǎn)和科研應(yīng)用。
代表型號(hào):FPA-3000i3、FPA-5550i3
特點(diǎn):價(jià)格相對(duì)低廉,適合中低端芯片生產(chǎn)。
四、按應(yīng)用工藝節(jié)點(diǎn)劃分
光刻機(jī)型號(hào)還可以根據(jù)其支持的芯片制程節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi),這有助于生產(chǎn)規(guī)劃和設(shè)備選型:
成熟工藝節(jié)點(diǎn)光刻機(jī)
工藝節(jié)點(diǎn):90nm、65nm、45nm
光源:i線(xiàn)、KrF
應(yīng)用:功率器件、車(chē)規(guī)芯片、存儲(chǔ)芯片
先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)光刻機(jī)
工藝節(jié)點(diǎn):28nm、14nm、7nm
光源:浸沒(méi)式ArF
應(yīng)用:高性能CPU、GPU、FPGA芯片
頂尖工藝節(jié)點(diǎn)光刻機(jī)
工藝節(jié)點(diǎn):5nm、3nm及以下
光源:EUV
應(yīng)用:最先進(jìn)邏輯芯片、AI芯片、量子芯片實(shí)驗(yàn)
五、總結(jié)
光刻機(jī)型號(hào)繁多,但可以通過(guò)光源類(lèi)型、曝光方式、制造商和應(yīng)用工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分類(lèi)。i線(xiàn)、KrF、ArF和EUV分別代表從成熟節(jié)點(diǎn)到頂尖節(jié)點(diǎn)的技術(shù)演進(jìn);Stepper和Scanner分別代表不同的曝光方式;而制造商如ASML、尼康和佳能則各自占據(jù)不同市場(chǎng)層次。