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光刻机编年史(1959-1969)

时间:2022-05-28 06:53:05  来源:  浏览量:

1950 年代未,仙童半导体发明了至今仍在使用的掩膜版曝光刻蚀技术,极大的推动了半导体技术的革命。

那时的掩膜版是以 1:1 的比例紧贴在硅晶圆上,而晶圆也多只有 1 英寸大小。

那时,掩膜版曝光还非常简单,半导体公司通常自己设计工具,另外 GCA、K&S 和 Kasper 等公司也提供相关掩膜版曝光设备。

当年掩膜版曝光工具有很多种,包括光学图形发生器、光电中继器和和对准器。

光刻机的发展经过了一个漫长的过程,1960 年代的接触式光刻机、接近式光刻机,到 1970 年代的投影式光刻机,1980 年代的步进式光刻机,到步进式扫描光刻机,到浸入式光刻机和现在的 EUV 光刻机,设备性能不断提高,推动集成电路按照摩尔定律往前发展。

曝光光源方面,从 1960 年代初到 1980 年代中期,汞灯已用于光刻,其光谱线分别为 436 纳米(g 线)、405 纳米(h 线)和 365 纳米(i 线)。

然而,随着半导体行业对更高分辨率(集成度更高和速度更快的芯片)和更高产量(更低成本)的需求,基于汞灯光源的光刻工具已不再能够满足半导体业界的高端要求。

而随着工艺制程的微缩,曝光技术领先成为夺取市场的关键,赢家通吃。

经过多年混战,目前已经开成 ASML 一家独大的局面。

芯思想研究院为此整理了从 1959 年以来的半导体曝光系统发展编年简史,每十年为一个章节。

下面我们来看看半导体曝光工具的发展历程的第一个十年(1959-1969)。

欢迎大家拍砖指正!中国 日本 荷兰 欧洲 美国1947 年 12 月 23 日,首个晶体管诞生。

1945 年,贝尔实验室计划针对硅和锗等新材料进行有目标的基础研究,成立了以 William Shockley 为组长的“半导体小组”,成员包括 John Bardeen 和 Walter Brattain;Bardeen 和 Brattain 在 1947 年 12 月发明了点接触式晶体管;1948 年 1 月,Shockley 发明了三明治结构的双极性结式晶体管;点接触式晶体管的产量非常有限,不能算是商业上的成功;结式晶体管却使得现代半导体工艺成为可能,为许多半导体公司的兴起做出了重大贡献;1956 年,Bardeen、Brattain、Shockley 获得了诺贝尔物理学奖;1950 年,日本东北大学的 Jun-ichi Nishizawa(西泽润一)和 Y. Watanabe(渡边宁)发明了发明了 SIT(静电感应晶体管,static induction transistor);1952 年 Shockley 提出结式场效应晶体管(Junction Field-Effect Transistor,JFET),同年基于晶体管的助听器和收音机就投入市场;1954 年 1 月,贝尔实验室的 Morris Tanenbaum 制备了第一个硅晶体管;1954 年 4 月 14 日,德州仪器的 Gordon Teal(原贝尔实验室)实现了商业化的硅晶体管;1956 年,通用电气发明了晶闸管;1959 年,贝尔实验室的 Dawon Kahng 和 Martin Atalla 发明了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),这是 1925 年 Julius Edgar Lilienfeld 提出的场效应晶体管概念的具体实现;1967 年,卡恩和施敏(S. M. Sze)制作了浮栅型 MOSFET(FGMOS),为半导体存储技术奠定了基础。

1950 年代,双极工艺流行。

1949 年,贝尔实验室的 Shcokley 提出 pn 结和双极型晶体管理论,1951 年贝尔实验室制造出第一只锗双极型晶体管,1956 年德州仪器制造出第一只硅双极型晶体管,1970 年硅平面工艺技术成熟,双极型集成电路开始大批量生产。

1958 年,Eastman Kodak 研发成功适合半导体工业的负性光刻胶。

1958 年,Eastman Kodak 开发成功环化橡胶 - 双叠氮系负性光刻胶,首次应用于半导体制造过程。

同期 Shipley 也研发成功适合半导体工业的光刻胶。

为适应集成电路线宽不断缩小的要求,光刻胶的波长由紫外宽谱向 g 线(436 纳米)到 i 线(365 纳米)到 KrF(248 纳米)到 ArF(193 纳米)到 EUV(13.5 纳米)的方向转移,并通过分辨率增强技术不断提升光刻胶的分辨率水平。

1959 年,第一台“步进重复(step and repeat)”相机问世。

1959 年,仙童半导体的 Jay Last 和 Robert Noyce 在母公司的支持下,制造了世界上第一台“步进重复(step and repeat)”相机,使用光刻技术在单个晶圆片上制造了许多相同的硅晶体管。

1959 年,仙童公司的 Robert Noyce 提交了平面工艺的专利,用铝作为导电条制备集成电路。

从此,集成电路的时代开始了。

Jean Hoerni(金·赫尔尼,1924 年 9 月 26 日 -1997 年 1 月 12 日)是硅晶体管先驱。

他发明的平面工艺成为了 1962 年颁发的专利 3025589《制造半导体器件的方法》的基础,也为 Robert Noyce(罗伯特·诺伊斯,1927 年 12 月 12 日 -1990 年 6 月 3 日)开创现代集成电路奠定了基础。

1961 年,GCA/David W. Mann 首次发布光电中继器(photo-repeaters)。

1959 年,由 Ephraim Radner 创办仅一年的 GCA(美国地埋物理公司,Geophysical Corporation of America)收购 David W. Mann Company,并利用 David W. Mann 的精密运动能力制造在硅片之间精确对准电路图案的曝光装备。

光电中继器是一款采用离轴对准,采用 e 线(577 纳米)曝光光源,用于给半导体制造过程中缩小光掩模的两步重复式曝光装备,Clevite Corporation 是其首个客户。

David W. Mann 的光电中继器型号有 971、1080、1280、1480、1795 和 3095。

1963 年,Süss(苏斯)为 Siemens(西门子)开发了第一台掩模对准仪 MJB3 的原型。

1949 年 Karl Süss GmbH 成立,主要提供光学设备,1962 年和 Siemens 合作开发了用于晶体管的打线机(bonding)。

1965 年,仙童公司的摩尔(G. Moore) 提出了摩尔定律(Moore’s law):集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔 18-24 个月便会增加一倍,性能也将提升一倍(摩尔定律起初说是每年翻一番,十年后改为两年翻一番)。

这个定律本来是描述此前半导体产业发展的经验公式,结果竟然奇迹般地揭示了此后五十多年信息技术进步的速度。

为了协调半导体产业的发展,从 90 年代起,国际半导体产业界开始筹划研究路线图,包括美、欧、日、韩及中国台湾等半导体产业发达的国家和地区。

从 1998 年开始,半导体技术国际路线图( International Technology Roadmap for Semiconductors)每两年发布一次。

然而,2016 年发布的新的路线图,首次不再强调摩尔定律,而是超越摩尔的战略(More than Moore strategy):以前是芯片先行、应用跟随(应用跟着芯片走),今后则是芯片为应用服务。

1965 年,Kulick&Soffa(库力索法)推出首款商用接触式对准器(aligners)。

1951 年 Kulick&Soffa 成立。

1966 年,中国科学院 109 厂与上海光学仪器厂协作,研制成功我国首台 65 型接触式曝光系统,由上海无线电专用设备厂进行生。

1958 年 8 月,为研制高技术专用 109 计算机,我国第一个半导体器件生产厂成立,命名为“109 厂”,作为高技术半导体器件和集成电路研制生产中试厂,归属中国科学院应用物理所。

1968 年,Veridyne Semiconductor 收购 Electromask。

Electromask 于 1965 年,在加州成立,初期制造光掩模(photomasks)。

1968 年,Kasper Instruments 成立。

专业生产接触式掩模对准器。

1968 年,Carl Zeiss 为德国半导体商 Telefunken 提供了第一款用于电路板印刷机(circuit board printer)的镜头,分辨率为 15 微米。

这是 Carl Zeiss 首次进入曝光系统镜头领域。

成立于 1946 年的 Carl Zeiss 主导过一系列镜头设计,包括有名的 Planar、Tessar 和 Sonnar。

1969 年中国科学院 109 厂与丹东精密仪器厂协作,研制成功全自动步进重复照相机,套刻精度达 3 微米,由北京 700 厂批量生产。

1969 年,Computervision Corp. 由 Philippe Villers 在美国波士顿创立。

创立时筹集了 100 万美元启动资金,进入 CADDS(Computer-Aided Design and Drafting System)。

KLA 创始人 Ken Levy 当时在公司负责 Autolign 半导体掩模对准仪设备业务,通过公司研发的自动对准系统(Joe Sliwkowski 负责开发)配合 Kulicke&Soffa 的手动对准器来完成。

1969 年,Nikon(尼康)开发了第一台光电中继器。

1917 年 Nikon 成立,是一家综合性光学公司。

尼康在 1962 年推出具有高分辨率的镜头 Ultra Micro-NIKKOR,其分辨率可在 1 毫米中识别 1000 根以上的线条;1964 年推出刻线机 1 号,可在在玻璃背板上刻印凹槽,其精度可在 1 毫米的宽幅中刻印 1000 根线条;1971 年推出精密光学测距设备 MND-2,成功用于在光掩模上进行坐标测量;这些技术积累为研制高分辨率光学系统、高精度位置检测和高精密对准精度的曝光装备奠定了基础。

  • 如何從200Vac 接到220V BLDC?我原本的設計是220-240Vac in, 接到220VDC motor現在要到日本當地電源多為200Vac我要改什麼啊?理論上200Vac 最大P2P可以到1.4倍DC 應該可以應付220VDC BLDC要用transformer

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