先进制造技术微机械及微细加工技术.docx
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先进制造技术微机械及微细加工技术
五、微机械及微细加工技术
1、微机械简介
现代制造技术的发展有两大趋势:
一是向着自动化、柔性化、集成化、智能化等方向发展,使现代制造成为一个系统,即现代制造系统的自动化技术。
另一个就是寻求固有制造技术的自身微细加工极限。
探索有效实用的微细加工技术,并使其能在工业生产中得到应用。
微机械由于具有能够在狭小空间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点,在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域有着广阔的应用潜力,受到世界各国的高度重视并被列为21世纪的关键技术之首。
比如,美国宇航局投资1亿美元着手研制“发现号微型卫星”;
说明:
卫星有大型、小型卫星、微型卫星和纳米卫星,区别是:
小型卫星为一种可用常规运载器发射的航天器,质量为100~500kg;微型卫星定义为所有的系统和子系统都全面体现了微型制造技术,质量为10~100kg;纳米卫星是一种尺寸减小到最低限度的微卫星,质量为1~10kg。
在航天发展史上,由于受运载能力及技术水平的限制,早期研制的卫星都采用小卫星方案,其重量只有几十千克。
70年代末,由于大推力运载火箭的研制成功和设计与制造能力的提高,大型多功能卫星开始出现,卫星体积不断增大,功能也越来越复杂。
随之而来的是成本不断攀升,风险逐渐增加。
如一枚“大力神”/“半人马座”运载火箭连同所发射的侦察卫星价值可达10.5亿美元以上,一旦发射失败就会造成严重的损失。
而且,卫星一旦被淘汰,形成严重的太空污染。
为此,航天界又将目光重新投向了小卫星。
由于技术的进步,特别是微电子技术的进步,新一代的小卫星采用了许多小型高性能电子部件,但它们同样具有一些大型卫星才有的功能,并为小卫星进一步微型化,进而为微型卫星、纳米卫星的发展奠定了基础。
纳米卫星的概念最早是由美国宇航公司于1993年在一份研究报告中首次提出的,它带来了小卫星设计思想上的根本变革。
纳米卫星是以微机电一体化系统(MEMS)技术和由数个MEMS组成的专用集成微型仪器(ASIM)为基础的一种全新概念的卫星,重量在10千克以下,甚至可降低到0.1千克以下。
微小型卫星具有研制周期短、更新换代快、造价低、能快速发射等诸多优点,特别适用于在局部战争中的战区通信和对战区进行短期侦察、监视和跟踪等。
面对未来局部战争时间上的突发性、战争爆发地点的不确定性和战场瞬息万变等情况,这些都需要战场指挥员根据具体要求应急发射小卫星,并在24—72小时内完成部署。
目前的纳米卫星大多还处于演示和试验阶段,一旦真正投入实际应用以后,由于其技术已经成熟,卫星生产成本将降低,并且由于其重量轻、体积小,可一箭多星发射,发射成本也将大大低于一般卫星。
另外,卫星的研制将不再需要大型的试验设施和厂房,可以在大学或研究所的实验室里研制,研制费用也大大降低。
研制、生产和发射成本的降低,将促进其商业化。
1、1微机械的特点
微机械之所以受到人们的关注,是因为它具有诱人的特点:
(1)体积小、重量轻、精度高。
其体积可小至亚微米以下(小于20微米,人眼已不能分辨),重量可轻至纳克,尺寸精度可高达纳米级。
已经制出了直径细如发丝(头发丝的直径约0.07mm)的齿轮、能开动的3mm大小的汽车和花生米大小的飞机。
注:
蚂蚁腿上的齿轮:
蚂蚁身长约3.6毫米,腿的直径约0.16毫米
(2)性能稳定、可靠性高。
由于微机械器件的体积极小,几乎不受热膨胀、噪声及挠曲变形等因素的影响,因此具有较高的抗干扰能力,可在较差的工作环境下稳定地工作。
(3)能耗小、响应快、灵敏度高。
完成相同的工作,微机械所消耗的能量仅为传统机械的十几分之一或几十分之一,而运作速度却可达其10倍以上。
如微型泵的体积可以做到(5mm×5mm×0.7mm),远小于小型泵,但其流速却可达到小型泵的1000倍。
由于机电一体的微机械不存在信号延迟等问题,因此更适合高速工作。
(4)多功能化和智能化,既能感知环境又能控制环境。
许多微机械集传感器、执行器和电子控制电路等为一体,特别是应用智能材料和智能结构后,更利于实现微机械的多功能和智能化。
(5)适于大批量生产,制造成本低廉。
微机械能够采用与半导体制造工艺类似的生产方法,像超大规模集成电路芯片一样,一次制成大量完全相同的零部件,因而可大幅度降低制造成本。
如美国的研究人员正在用该技术制造双向光纤通信所必须的微型光学调制器。
通过巧妙的光刻技术制造芯片,做一块芯片只需几美分,而过去则要花5000美元。
1、2微机械的优势
从功用上看,微机械具有以下一般机械所不能及的优势:
(1)首先表现在活动空间、操作对象和工作环境上。
微机械能够进入极狭小的空间进行作业,且不易对环境造成不必要的影响与破坏。
在医学上,微机械可游弋于人体血管,去清除血栓或其它病理组织;在工程上,可以进入精密机械或仪器内部进行故障检修或其它操作。
微机械还可以面对很脆弱、易损伤的工作对象,例如接通大脑中的细微神经、检修微型或超微型计算机中的通讯光纤等。
此外,微机械还可出现于人类所不能及或不适宜的工作环境,如清洁长期运行于宇宙空间的卫星摄像机镜头、在有核辐射的场所执行任务等。
(2)与一般机械相比,微机械所表现出的智能化程度更高、实现的功能更趋于多样化。
由于微机械的工作环境比较复杂,除了人类必备的控制以外,微机械自身也须具有一定程度上的自主分析、判断和处理特定事件的能力。
在需要多个微机械共同去完成任务时,相互之间的分工和协作也是必需的。
这都要求微机械具有较高的“智能”。
采用新型材料和新方法制作的微机械可以不同于传统机械,它能将驱动与执行等多项功能集中于同一构件,使整体结构简单、尺寸更易微小化。
1、3微机械的研究开发内容
(1)理论基础
当尺寸缩小至一定范围时,许多物理现象与宏观世界有很大差别。
在微观尺寸领域,与尺寸L的高次方成比例的惯性力、电磁力(L3)等的作用相对减小,而与尺寸的低次方成比例的弹性力(L2)、表面张力(L1)、静电力等的作用相对增大,同时表而积(L2)与体积(L3)之比增大,热传导、化学反应加速和表面间的摩擦力显著增大。
因此,许多宏观物理量进入微观尺度后甚至需要重新定义。
相关学科,如微电子学、微机械学、微光学、微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微结构学和微生物学等共同构成了微机械研究的理论基础。
(2)技术基础
基本技术包括:
微机械设计、微机械材料、微细加工、微装配与封装、集成技术、微测量等。
(3)应用研究
美、日、德等国在微机械的研究与应用方面占据领先地位。
美国很早就着手微机械的研究,尤其是斯坦福大学,在20世纪60年代便利用硅片腐蚀方法制造了应用于医学的脑电极阵列的探针,后来又在微型传感器等方面取得成功。
例如:
参考书164
日本在此领域的研究虽然起步晚于美国,但目前注重程度和投资强度均超过美国。
日本通产省1991年开始启动一项为期10年、耗资250亿日元的微型机械大型研究计划,研制两台样机,一台用于医疗,进入人体进行诊断和微型手术;另一台用于工业,对飞机发动机和原子能设备的微小裂纹实施维修。
日本政府还投资3千万美元:
至建了一座新的“微型机器人中心”。
日本名古屋大学研制了直径为6mm、具有16个爪的管道流通微机器人。
德国在微细加工方面首创了LIGA(德语制版术、电铸成形、注塑三个词的缩写)工艺,即X光深度光刻、微电铸和微塑铸三种工艺的有机结合,可实现高深宽比的微结构制作。
例如LIGA工艺制作出直径80um、厚度140um的微齿轮,可用于微机械的动力传输。
用LIGA技术制造的微加速器,可用于汽车安全气囊的控制系统。
安全气囊作用原理:
安全气囊只能在乘客和方向盘或仪表板之间的有限空间内发挥作用,并且必须在几分之一秒的时间内完成使命。
气囊自身由纤细的尼龙纤维制成,折叠后装入方向盘或仪表盘。
近来还出现了装入座椅或车门的气囊。
在撞击的瞬间,传感器是通知气囊充气的设备。
传感器从内置于微芯片中的加速计接收信号(即LIGA微加速度传感器)。
只要所测加速度超过了安全值,点火器就被点着,安全气囊充气系统中的叠氮化钠(NaN3)和硝酸钾(KNO3)发(“固体推进剂”)就会发生反应,生成氮气,这个原理与固体火箭助推器的原理相同。
大量的氮气形成的热流会让气囊迅速膨胀。
随后,气囊爆炸般地冲出原始安装位置,时速高达322公里,比眨一下眼睛还要快!
整个过程只经历短短的1/25秒,但多出的这点时间已足以防止人员遭受重创。
1秒之后,气体通过气囊上的小孔迅速消散,气囊收缩,因此乘客又可以自由移动。
2.微细加工技术
微细加工技术包含了各种传统精密加工方法和与其原理截然不同的新方法,如微细切削加工、磨料加工、微细电火花加工、电解加工、化学加工、超声波加工、微波加工、等离子体加工、外延生长、激光加工、电子束加工、离子束加工、光刻加工、电铸加工等;狭义地讲,微细加工技术目前一般主要是指半导体集成电路(IC)的微细制造技术,因为微细加工技术是在半导体集成电路制造技术的基础上发展起来的,如化学气相沉积、热氧化、光刻、离子束溅射、真空蒸镀、LIGA等。
1987年,美国利用IC工艺首次制造出直径为100um的硅静电微型电机,转子的直径仅为60um。
2、2微细加工技术特点
微机械的微细加工技术有以下特点:
(1)从加工对象上看,微细加工不但加工尺度极小,而且被加工对象的整体尺寸也很微小;
(2)由于微机械对象的微小性和脆弱性,仅仅依靠控制和重复宏观的加工相对运动轨迹达到加工目的,已经很不现实。
必须针对不同对象和加工要求,具体考虑不同的加工方法和手段;
(3)微细加工在加工目的、加工设备、制造环境、材料选择与处理、测量方法和仪器等方面都有其特殊要求。
(4)加工机理与一般加工相比,存在很大差异。
由于加工单位的急剧减小,,此时必须考虑晶粒在加工中的作用。
假定把软钢材料毛坯切削成一根直径为0.1mm、精度为0.01mm的轴类零件。
实际加工中,对于给定的要求,车刀至多只允许能产生0.01mm切屑的吃刀深度;而且在对上述零件进行最后精车时,吃刀深度要更小。
由于软钢是由很多晶粒组成的,晶粒的大小一般为十几微米,这样,直径为0.1mm就意味着在整个直径上所排列的晶粒只有10个左右。
如果吃刀深度小于晶粒直径时,那么,切削就不得不在晶粒内进行,这时就要把晶粒作为一个个的不连续体来进行切削。
相比之下,如果是加工较大尺度的零件,由于吃刀深度可以大于晶粒线度,切削不必在晶粒中进行,就可以把被加工体看成是连续体。
这就导致了加工尺度在亚毫米、加工单位在数微米的加工方法与常规加工方法的微观机理的不同。
另外,还可以从切削时刀具所受的阻力的大小来分析微细切削加工和常规切削加工的明显差别。
实验表明,当吃刀深度在0.1mm以上进行普通车削时,单位面积上的切削阻力为(196—294)N/mm2;当吃刀深度在0.05mm左右进行微细铣削加工时,单位面积上的切削阻力约为980N/mm2;当吃刀深度在1um以下进行精密磨削时,单位面积上的切削阻力将高达12740N/mm2,接近于软钢的理论剪切强度。
因此,当切削单位从数微米缩小到1微米以下时,刀具的尖端要承受很大的应力作用,使得单位面积上会产生很大的热量,导致刀具的尖端局部区域上升到极高的温度。
这就是越是采用微小的加工单位进行切削,就越要求采用耐热性好、耐磨性强、高温硬度和高温强度都高的刀具的原因。
2、3微细加工设备
制造设备的微小型化将有利于节约空间、节省能源、易于重组。
日本通产工业技术院机械工程实验室(MEL)1996年开发了世界上第一台微型化的机床—微型车床。
其规格为:
长32mm,宽25mm、高30.5mm,重量为100g,主轴电机额定功率1.5W,转速1000r/min。
加工最小工件外圆为60um。
说明:
以下简介一种1999年由日本金泽大学研制的一套尺寸约200mm的微细车削系统。
它由微细车床、控制单元、光学显微装置和监视器组成。
(1)主体结构部分。
在该系统中,采用了一套光学显微装置来观察切削状态,还配备了专用的工件装卸装置。
图3—7为微细车床的结构示意图及其实物照片。
主轴用两个微型滚动轴承支承,由直流电机带动主轴旋转,工件直径0.3mm,X、Y、Z轴的进给分辨率为4nm。
因为工件的直径很小,车削时沿X-Y移动方向幅度不大,所以令刀架沿X—Y移动。
工件装在主轴前端的微型夹头上。
(2)切削刀具与刀架。
图3—9是微刀架装置。
刀轴安装在刀架上,通过微柄操作使其能够转位。
对于微细车削端面、圆柱面、槽、锥形面等各种形状的加工,则可通过变换刀尖刃在空间的方向和位置,以适应不同类型零件的切削工艺要求。
(3)微细车削加工实例。
利用上述微细车床可加工不同形状的回转体零件,如阶梯轮廓切削、端面切削、槽切削、镗孔和螺纹车削等。
图3—11是其加工的部分实物照片。
用直径为0.3mm的黄铜丝为毛坯,单点金刚石刀具加工。
图3—11(a)为阶梯轮廓车削,小端长200um;(b)为车削端面,直径约100um;(c)为切槽加工,槽深约30um,长约100um;(d)为镗孔加工;(e)是该车床连续车削切出的微细轴,最小直径为10um;(f)为加工出的微细丝杠,螺距为12.5um,直径约120um,螺牙约为60度。
1999年日本机械技术研究所设计制作了世界上第一台桌面微型工厂样机,由微型车床、铣床、搬运机械手和装配用的两个手指机械手组成,占地70cmx50cm,能进行加工和装配,并成功地试生产了外径D99um、长3mm的枢轴球轴承。
为了演示和证明微型工厂的可携带性,2000年又设计制作了便携式微型工厂,由微型车床、铣床、冲压机、搬运机械手及电路、控制装置等组成,重23kg,放在380x625x490mm3重11kg的箱子里。
箱子底都装有小轮,可以像旅行箱一样被推着走。
还有微细铣削和磨削,这里我们不再介绍。
以上主要介绍的是类似传统加工手段的微细加工。
更多的微机械产品(比如微压力、温度传感器、微型泵、微马达、微齿轮等等)大多都用到特种加工工艺。
这些工艺主要来自大规模和超大规模集成电路的加工工艺,正是借助于这些微细加工技术使众多的微电子器件及相关技术和产业蓬勃兴起,并迎来了人类社会的信息革命。
同时微细加工技术也逐渐被赋予更广泛的内容和更高的要求。
当然,今天微机械领域的重要角色不仅仅是微电子部分,更重要的是微机械结构或及其与微电子等的集成。
只有将这些微机械结构及其与微电子等集成在一起才能实现微传感器或微致动器件,进而实现MEMS。
也就是说,所以微机械的微细加工并不仅限于微电子制造技术,更重要的是指微机械构件的加工或微机械与微电子、微光学等的集成结构的制作技术。
3、常用微细加工工艺
3、1集成电路的工艺基础
1999年以来,电子信息取代石油、钢铁等传统产业,成为全球第一大产业。
发达国家经济增长的65%与集成电路相关。
2001年世界集成电路市场份额,美国约占40%,日本25%,韩国12%,中国仅为2.1%。
目前我国已有五、六十条芯片生产线,到2010年,IC领域上我国要占世界市场份额的5%以上。
上海市是我国IC芯片线最集中、生产技术水平最高、8英寸(晶圆尺寸)线最多的城市。
现代高科技战争,很大程度上打的是“芯片战”。
据美国有关方面数据,军舰、战车、飞机、导弹和航天器中,所用IC占装备和武器成本的比重,分别达到22%、24%、33%、45%和66%。
美国国防预算中的电子含量已占据半壁江山。
可以说,作为信息产业基础的集成电路,是21世纪国家生存与发展的物质与技术基础。
正因为如此,世界主要国家都十分重视集成电路产业的发展,纷纷制定面向21世纪的集成电路发展规划,整合国内科技资源,成立国际科技合作组织,抢占制高点,以掌握未来信息技术的核心主动权。
芯片工厂一直是高科技生产的圣地,图为其无尘、超净的工作环境。
目前,内存、微处理器和ASIC芯片(专用集成电路,是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路)是半导体产业中最常制造的三种IC芯片。
IC所用的材料主要是硅、锗和砷化镓等,全90%以上IC都采用硅片。
集成电路制造过程共分4个阶段:
单晶硅片制造→前半制程→硅片测试→后半制程。
整个过程中要应用到微细加工和超精密加工等先进制造工艺和设备。
3.1.1单晶硅片制造
制造IC的硅片,不仅要求具有极高的平面度和极小的表面粗糙度,而且要求表面无变质层、无划伤。
单晶硅片的超精密加工(包括超精密磨削、研磨和抛光)工艺和设备在IC制造过程中具有重要作用,是IC制造的关键技术。
主要分为以下几个步骤:
1)单晶生长
由于自然界中没有单质硅的存在,我们使用的硅是从二氧化硅中提纯而来。
二氧化硅广泛存在于自然界中。
在硅提纯的过程中,原材料硅将被熔化,并放进一个巨大的石英熔炉。
这时向熔炉里放入一颗晶种,以便硅晶体围着这颗晶种生长,直到形成一个几近完美的单晶硅,称为硅锭。
2)切断:
目的是切除单晶硅棒的头部、尾部及超出客户规格的部分,将单晶硅棒分段成切片设备可以处理的长度。
3)磨外圆
由于单晶硅棒的外径表面并不平整且直径也比最终抛光晶片所规定的直径规格大,通过外径滚磨可以获得较为精确的直径。
4)切割晶圆
接下来硅锭将被切割成片状,称为晶圆。
晶圆才被真正用于CPU的制造。
所谓的“切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片,并将其划分成多个细小的区域,每个区域都将成为一个CPU的内核(Die)。
一般来说,晶圆切得越薄,相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。
随着半导体工业的飞速发展,为满足现代微处理器要求,同时集成电路芯片制造厂为获取更多的利润,一方面,扩大芯片产量,降低单元制造成本,这要求硅片的直径不断增大;另一方面,通过提高IC的集成度,芯片尺寸相对缩小,一片晶圆就能产生更多的芯片。
这两种方式均可使集成电路芯片制造厂获取更多的利润。
作为基底材料硅晶片的尺寸越来越大,已由原来的200mm向300mm转化(即由8英寸芯片向12英寸芯片转化,12英寸芯片是全球最高端的芯片产品,被称为“芯片之王”,广泛应用于手机、计算机、数码相机等消费电子产品,目前全球只有46条生产线。
世界第三大芯片制造商上海中芯国际2006年在北京建成我国第一条12英寸芯片生产线;第二条在武汉,委托-中芯国际集成电路制造公司经营管理;第三条在大连,英特尔在大连投资25亿美元建立一个生产300毫米(12英寸)晶圆的工厂。
这一工厂,即英特尔68号厂是英特尔在亚洲的第一个芯片生产厂)
;而要缩小芯片尺寸,则要求硅片的刻线宽度越来越细(线宽是指芯片上的最基本功能单元——门电路的宽度,因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同,线宽可以描述IC制造工艺水平。
缩小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集,可以降低芯片功耗,系统更稳定,CPU得以运行在更高的频率下)。
刻线宽度:
1995年为0.35μm,1998年为0.25μm,然后是0.18μm,接着是0.13μm(中芯能做0.13um的),目前先进国家工艺水平已达0.09μ线宽(Intel的Pentium4芯片的线宽),硅片表面粗糙度要求达到纳米和亚纳米级,芯片集成度达到9000万个晶体管/cm2等。
而我国最高水平仅0.13μ,差距为1代。
据美国半导体协会预测,2014年半导体线宽将达0.035μ,届时硅基芯片的微细加工技术将可能达到极限,微电子基础理论、材料和加工技术都可能发生革命性变化。
或者接着先粗磨(同时磨许多晶圆)
5)倒角:
指将切割成的晶片锐利边修整成圆弧形,防止晶片边缘破裂及晶格缺陷产生。
接下来精磨(只磨一片)
6)研磨:
指通过研磨除去切片和轮磨所造成的锯痕及表面损伤层(加工变质层),有效改善单晶硅片的翘曲度、平坦度与平行度,达到一个抛光过程可以处理的规格。
硅片研磨加工质量直接影响到其抛光加工质量及抛光工序的整体效率,甚至影响到IC的性能。
单晶硅属于硬脆材料,对其进行研磨,材料的破坏以微小破碎为主,要求研磨加工后的理想表面形态是由无数微小破碎痕迹构成的均匀无光泽表面。
硅片研磨时,重要的是控制裂纹的大小和均匀程度。
7)腐蚀:
研磨后已具有较高的面型,但表面粗糙度达不到要求,而且晶圆表面有损伤层,需要通过腐蚀。
通常采用化学腐蚀去除。
8)抛光:
腐蚀去除的过程中腐蚀率难以控制,会影响面型精度。
这是需抛光。
集成电路集成水平越来越高的这种发展趋势,使得硅片表面的微小缺陷便可导致整个器件报废的后果,所以硅片的抛光就成为半导体制造加工技术上最重要的一道工序。
对集成电路(IC)特别是超大规模集成电路(ULSI)影响更大。
因此,抛光硅片的表面质量直接关系到器件的性能质量和成品率。
目前普遍认为,对于线宽在0.35μm及以下的器件,必须进行全局平面化,而化学机械抛光(CMP,ChemicalMechanicalPolishing)是作为目前唯一的可以提供在整个硅片上全面平坦化的工艺技术。
抛光的方式包括粗抛,主要作用是去除损伤层;精抛,主要作用是改善晶片表面的微粗糙程度。
CMP,进行硅片的最终精抛光的加工方法。
晶圆表面可获得极高平坦度、极小表面粗糙度值的晶片表面,表面无变质层、无划伤。
3.1.2前半制程
接下来,完成集成电路的制作。
以CPU为例,其所需处理步骤可达数百道,而其所需加工机台先进且昂贵,动辄数千万一台。
虽然详细的处理程序是随着产品种类与所使用的技术有关;不过其基本处理步骤通常是进行氧化、光刻、刻蚀及选择性扩散等步骤。
来完成晶圆上电路的加工与制作。
(1)氧化
硅的氧化物——二氧化硅(Si02)与半导体硅的性能不同,它是良好的绝缘体。
因此Si02膜在晶体管和集成电路中成为良好的防止短路的绝缘体和电容的绝缘介质(硅在常温下于空气中可以自然氧化,生长出Si02氧化层,但其层厚较薄,通常只有2nm左右。
若要形成较厚的氧化膜,就需要在高温炉内进行,称为热氧化法)。
此外,Si02膜还有以下两个特性:
①化学性质稳定且耐高温,故能适应集成电路制作过程中多次反复的高温处理;②Si02膜对硼(B)、磷(P)、砷(As)等杂质元素有极好的抗拒性,使它们的原子不能侵人基片。
利用Si02膜的这一特性,用光刻(蚀)方法将Si02膜刻蚀成微小的几何图形,在杂质扩散时只有已被刻蚀去除Si02的反域(俗称“窗口”)才允许杂质扩散进入晶片内部,形成预定要求的一定几何形状的扩散区或PN结。
Si02的这些特性被用作选择扩散和制作各种几何形状图形PN结的工艺依据。
(2)光刻
1958年光刻技术在半导体器件制造中首次得到成功应用,研制成平面型晶体管,从而推动了集成电路的发明和飞速发展。
数十年以来,集成技术不断微小型化,其中光刻技术发挥了重要的作用。
光刻分辨率越小,线宽越细,即集成度越高。
1)工作母版制作
a.原图制作:
按照芯片产品图纸的技术要求,采用CAD等技术对芯片复杂电路结构图样进行图形设计。
在计算机完成的集成电路的电路图还只是一些图像或(和)数据,在将设计结果送到工艺线上实验时,还必须经过一个重要的中间环节:
制版,制作工作母版。
即设计与工艺制造之间的接口是版图。
b.母版制作
然后原图数据被传送给图形发生器(一种制版设备),图形发生器(PG-patterngenerator)根据数据,将设计的原图结果缩小并分层地转移到掩模版上(掩模版为涂有感光材料的优质玻璃板),从而得到工作掩膜或工作母版,这个过程叫初缩。
通常一个CPU芯片包含好几层电路。
所以通常有十几块掩膜。
在获得分层的初缩版后,再通过分步重复技术,在最终的掩模版上产生具有一定行数和列数的重复图形阵列,这样,在将来制作的每一个硅片(Wafer)上将有若干个集成电路芯片。
通过这样的制版过程,就产生了若干块的集成电路分层掩模版。
通常,一套掩模版有十几块分层掩模版。
集成电路的加工过程的复杂程度和制作周期在很大程度上与掩模版的多少有关。
2)光刻加工过程
也成为图形转移工艺。
通常,光刻次
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- 先进 制造 技术 微机 微细 加工