佳能產(chǎn)日本首臺(tái)半導(dǎo)體光刻機(jī)「PPC-1」發(fā)售50周年

 佳能※1于1970年發(fā)售了日本首臺(tái)半導(dǎo)體光刻機(jī)「PPC-1※2」，今年是佳能正式投入半導(dǎo)體光刻機(jī)領(lǐng)域50周年。半導(dǎo)體器件被廣泛應(yīng)用于從智能手機(jī)到汽車等各個(gè)領(lǐng)域，在其制造過程中半導(dǎo)體光刻機(jī)必不可少。隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，佳能的半導(dǎo)體光刻機(jī)也在不斷升級(jí)。

 

首臺(tái)日本產(chǎn)半導(dǎo)體光刻機(jī)「PPC-1」

50周年紀(jì)念標(biāo)志

       佳能光刻機(jī)的歷史始于對(duì)相機(jī)鏡頭技術(shù)的高度應(yīng)用。靈活運(yùn)用20世紀(jì)60年代中期在相機(jī)鏡頭開發(fā)中積累的技術(shù)，佳能研發(fā)出了用于光掩膜制造的高分辨率鏡頭。此后，為了進(jìn)一步擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍，佳能開始了半導(dǎo)體光刻機(jī)的研發(fā)，并于1970年成功發(fā)售日本首臺(tái)半導(dǎo)體光刻機(jī)「PPC-1」，正式進(jìn)入半導(dǎo)體光刻機(jī)領(lǐng)域。

       佳能于1975年發(fā)售的「FPA-141F」光刻機(jī)在世界上首次實(shí)現(xiàn)了1微米※3以下的曝光，此項(xiàng)技術(shù)作為“重要科學(xué)技術(shù)歷史資料（未來技術(shù)遺產(chǎn)）”，于2010年被日本國立科學(xué)博物館產(chǎn)業(yè)技術(shù)歷史資料信息中心收錄。

       目前佳能的光刻機(jī)陣容包括i線光刻機(jī)※4和KrF光刻機(jī)※5產(chǎn)品線，并根據(jù)時(shí)代的需求在不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍。今后，佳能將繼續(xù)擴(kuò)充半導(dǎo)體光刻機(jī)的產(chǎn)品陣容和可選功能，以支持各種尺寸和材料的晶圓以及下一代封裝※6工藝。此外，在尖端領(lǐng)域?yàn)闈M足電路圖案進(jìn)一步微細(xì)化的需求，佳能也在致力于推進(jìn)納米壓印半導(dǎo)體制造設(shè)備※7的研發(fā),并使之能應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。

       自1986年起，佳能將半導(dǎo)體光刻機(jī)技術(shù)應(yīng)用于平板顯示器制造領(lǐng)域，開始開發(fā)、制造和銷售平板顯示曝光設(shè)備。今后佳能也將繼續(xù)致力于提高清晰度和生產(chǎn)效率，以滿足液晶和OLED顯示設(shè)備制造的需求。

       佳能投入半導(dǎo)體領(lǐng)域迎來50周年，今后將繼續(xù)提升光刻設(shè)備技術(shù)，為社會(huì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

       ＜何謂半導(dǎo)體器件＞

       半導(dǎo)體器件被用于智能手機(jī)、電腦、數(shù)碼相機(jī)等幾乎所有的日常產(chǎn)品中，支撐著我們的日常生活。隨著萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來，不管是汽車和家電等各種物品上搭載的傳感器和通信器件、還是分析大數(shù)據(jù)的AI（人工智能）處理器等，半導(dǎo)體器件之于這個(gè)社會(huì)比以往任何時(shí)候都更加不可或缺，并且其需求還在不斷增加。

       ＜何謂半導(dǎo)體光刻機(jī)＞

       半導(dǎo)體光刻機(jī)在半導(dǎo)體器件的制造過程中，承擔(dān)“曝光”的作用。半導(dǎo)體器件是通過將精細(xì)電路圖案曝光在稱為晶圓的半導(dǎo)體基板上而制成的。半導(dǎo)體光刻機(jī)設(shè)備的作用是將在掩膜版上繪制的電路圖案通過投影透鏡縮小，再將圖案曝光在晶圓上。晶圓在晶圓臺(tái)上依次移動(dòng)，電路圖案將在一個(gè)晶圓上重復(fù)曝光。因?yàn)殡娐肥怯蓮奈⒚椎郊{米※8級(jí)別的超精細(xì)圖案經(jīng)過多層堆疊制成，所以半導(dǎo)體光刻機(jī)也需具備超高精密的技術(shù)，以滿足從微米到納米單位級(jí)別的性能。

       ＜半導(dǎo)體器件制造工藝＞

1.制作掩膜版（原版）。

設(shè)計(jì)決定半導(dǎo)體芯片功能和性能的電路。電路圖案繪制在數(shù)十塊玻璃板上。

2.準(zhǔn)備晶圓。

準(zhǔn)備半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)的圓盤形晶圓。加熱后在表面形成氧化膜，然后涂上光阻（感光劑）。

3.在晶圓上繪制電路圖案。

① 光照在掩膜版上，將電路圖案曝光在晶圓上。光通過透鏡縮小，可以畫出更細(xì)的線。電路的線寬越細(xì)，一個(gè)半導(dǎo)體器件上可集成的半導(dǎo)體元件數(shù)量就越多，從而可以獲得高性能且多功能的半導(dǎo)體器件。（使用光刻機(jī)）

（曝光的原理圖）

光照到部分的光阻發(fā)生變化后，使用顯影液將曝光部分去除。

② 光阻覆蓋部分以外的氧化膜通過與氣體反應(yīng)去除。

③ 在去除不需要的光阻后，在裸露的晶圓上，通過注入離子使晶體管有效工作，由此來制造半導(dǎo)體元件。

④ 用絕緣膜覆蓋整個(gè)晶圓后，將表面弄平整確保沒有凹凸。隨后涂上光阻，準(zhǔn)備下一層電路圖案的曝光。

重復(fù)①～④的工藝，在晶圓表面形成多個(gè)層，然后通過布線連接。

4．從晶圓上切下半導(dǎo)體芯片。

5．將芯片粘在框架上，接上電線。檢查工程后半導(dǎo)體器件制作完成。

※1  為方便讀者理解，本文中佳能可指代：佳能（中國）有限公司，佳能股份有限公司，佳能品牌。

※2  PPC是Projection Print Camera的簡(jiǎn)稱。發(fā)售當(dāng)時(shí)被稱為半導(dǎo)體洗印設(shè)備，而非半導(dǎo)體光刻機(jī)。

※3  1微米是100萬分之一米。

※4  使用i線（水銀燈波長 365nm）光源的半導(dǎo)體光刻機(jī)。1nm（納米）是10億分之1米。

※5  使用波長248nm，由氪（Kr）氣體和氟（F）氣體產(chǎn)生的激光的半導(dǎo)體光刻機(jī)。

※6  保護(hù)精密的IC芯片免受外部環(huán)境影響，并在安裝時(shí)實(shí)現(xiàn)與外部的電氣連接。

※7  通過將掩膜（模具）像壓膜一樣直接壓在晶圓的光阻（樹脂）上，可以如實(shí)地臨摹掩膜的電路圖案，與傳統(tǒng)的光刻機(jī)相比，其特點(diǎn)是可以繪制高分辨率的圖案。

※8  1?（微米）是100萬分之1米。1nm（納米）是10億分之1米。