什么是半导体曝光设备？半导体曝光设备的应用及原理

什么是半导体曝光设备？

半导体曝光设备是半导体制造过程中用于在硅片上绘制电路图案的设备。强大的紫外光透过光掩模，作为电路图案的原型，电路图案被转移到涂有光刻胶的硅晶片上。近年来，一些设备使用波长为 13 nm 的激光（称为 EUV）来微型化精细电路图案。由于定位等要求高精度，因此设备价格昂贵。

半导体曝光设备的应用

半导体曝光设备用于包含MOS（金属氧化物半导体）和FET（场效应晶体管）等半导体元件的IC（集成电路）制造过程中的曝光工序。

在IC制造过程中，在硅晶片上依次重复光刻和蚀刻循环，并且在将氧化硅、金属等层层压并加工成预定图案的过程中，半导体元件所需的特性被加工为执行得如此，它已经 .例如，在n型MOS(NMOS)的情况下，在p型硅基板的栅极区域上形成氧化硅膜和栅极金属，并向漏极和源极注入高浓度杂质离子。这形成了n型（n+型）MOS。这一系列工序中的光刻工序和蚀刻工序如图所示地构成(成膜工序S1～抗蚀剂剥离工序S6)。

其中，曝光工序(S3)使用半导体曝光装置来进行。根据电路图案的尺寸和半导体元件的精度，使用不同的曝光设备波长。

半导体曝光设备原理

半导体曝光设备由光源、聚光透镜、光掩模、投影透镜和载物台组成。从光源发出的紫外光通过聚光透镜调整，使其指向同一方向。之后，紫外光穿过作为构成电路图案的一层的原型的光掩模，并通过投影透镜减少光线，将半导体元件的电路图案（的一层）转移到半导体元件上。马苏。在诸如步进机之类的曝光设备中，在完成一次转移之后，通过平台移动硅晶片，并将相同的电路图案转移到硅晶片上的另一位置。通过更换光掩模，可以转印半导体器件的另一层电路图案。

所使用的光源包括波长为248 nm的KrF准分子激光器、波长为193 nm的ArF准分子激光器以及波长为13 nm的EUV光源。

最新的半导体制造工艺的设计规则（最小加工尺寸）变得更加精细，达到3至5纳米左右，因此聚光透镜、光掩模、投影透镜和平台都需要纳米级的高精度。此外，随着层压的进行，进行多次曝光以改变电路图案并形成单个半导体。

半导体光刻设备市场规模及份额

全球电子设备市场持续扩大，支撑其的半导体产业变得越来越重要。尽管2019年全球半导体市场经历了负增长，但尽管过去经历过雷曼冲击，但仍持续扩张。近年来，存储器的技术发展从小型化转向3D技术，蚀刻技术的重要性日益增加。

截至2018年，半导体光刻设备的市场规模为10852亿日元。
按消费地区来看，韩国以36%占主要地位，其次是中国台湾地区（19%）、中国大陆（18%）、美国（14%）、日本（7%）。半导体光刻设备厂商按国籍划分的市场（2018年）为欧洲（84%）、日本（14%）和美国（2%），其中欧洲和日本几乎形成寡头垄断。

关于EUV曝光设备

EUV（Extreme Ultraviolet的缩写）曝光设备是一种使用被称为极紫外光的极短波长光的半导体曝光设备。可以加工使用ArF准分子激光的传统曝光设备难以加工的更精细尺寸。

半导体小型化正在按照摩尔定律进行（半导体集成电路的高度集成度和功能将在三年内提高四倍）。到目前为止，通过称为步进器的缩小投影曝光技术、更短的曝光波长和浸没式曝光技术的开发，分辨率已得到显着提高。

小型化是指晶圆上可印刷的最小加工尺寸变得更小，最小加工尺寸R由下面的瑞利方程表示。
R=k·λ/NA *k为比例常数，λ为曝光波长，NA为曝光光学系统的数值孔径

通过各种技术的发展，通过减小k、减小λ和增大NA来实现小型化。
EUV曝光设备是一种可以通过缩短曝光波长来突破以往限制的技术，近年来已开始量产。

关于半导体曝光设备的价格

半导体光刻设备目前对于半导体的高效量产来说是重要的，但它是高精密的机器，而且价格昂贵。

半导体光刻设备采用的光源波长越短，可以形成的图案越精细，但光刻设备的成本也会越高。据称每个波长的成本为i-line约18000000元、KrF约60000000元、ArF干式约90000000元、ArF浸没式约280000000元、EUV约900000000元。

电路越精细，可以实现越快的信号传输和节能，但近年来，由于小型化，无法忽视工艺成本的增加，包括半导体曝光设备的价格。

就半导体光刻设备所需的性能而言，从半导体制造的成本角度来看，半导体光刻设备的吞吐量也是一个重要指标。吞吐量是表示电路图案曝光速度的性能，随着吞吐量的增加，每个硅芯片的制造成本（运行成本）会降低。这在半导体芯片的大规模生产过程中非常重要。