在半導(dǎo)體制造流程中，每一塊納米級(jí)芯片的誕生，背后都是一場在原子層面展開的極致精密較量。而在這場微觀世界的“精密之戰(zhàn)”中，刻蝕機(jī)堪稱光刻機(jī)的最佳搭檔，二者協(xié)同發(fā)力，推動(dòng)著芯片制造的精密進(jìn)程。它們的性能與協(xié)同水平，不僅奠定了芯片制造的精密基礎(chǔ)，更從根本上左右著整個(gè)制程精度的發(fā)展方向與上限。

一、刻蝕機(jī)：芯片制造的“雕刻師”

芯片制造過程中，刻蝕技術(shù)是不可或缺的一環(huán)?？涛g機(jī)在半導(dǎo)體制造中用于刻蝕工藝，其核心功能是選擇性去除晶圓表面的特定材料層，將光刻工藝定義的光刻膠圖案永久轉(zhuǎn)移到下方的實(shí)際材料層（如硅、氧化物、金屬等），最終形成芯片內(nèi)部的晶體管、互連線、溝槽等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

刻蝕設(shè)備按照工藝的區(qū)別主要分為兩大類：濕法刻蝕和干法刻蝕。濕法刻蝕一般采用化學(xué)溶液進(jìn)行刻蝕，而干法刻蝕一般使用等離子體或特定氣體進(jìn)行刻蝕。目前為了追求更高的半導(dǎo)體制造精度，尤其是在先進(jìn)制程，幾乎都需要采用干法刻蝕。干法刻蝕的核心原理是：刻蝕機(jī)的反應(yīng)腔中通入特定刻蝕氣體，通過射頻電源激發(fā)氣體電離，形成等離子體后與晶圓表面的目標(biāo)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且將反應(yīng)生成的產(chǎn)物去除，從而將光刻膠上的圖案精確轉(zhuǎn)移到下方材料層。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

總結(jié)來說，刻蝕機(jī)和光刻機(jī)一樣，是半導(dǎo)體芯片圖案成型的關(guān)鍵設(shè)備，其精度直接決定芯片的集成度和性能。

二、刻蝕機(jī)精進(jìn)路上的挑戰(zhàn)

隨著芯片制程從14nm邁向3nm、2nm，甚至未來更先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)，刻蝕的尺寸精度和形態(tài)控制逐漸逼近物理極限。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

1.納米級(jí)尺寸與邊緣粗糙度：晶體管關(guān)鍵尺寸已縮小至幾個(gè)納米，并且刻蝕后圖案的邊緣粗糙度也需控制在納米級(jí)別，否則可能會(huì)導(dǎo)致器件電流波動(dòng)、性能不穩(wěn)定。

2.刻蝕深度控制：刻蝕深度需精確到幾納米的級(jí)別，過度刻蝕會(huì)損傷下層材料，而刻蝕欠缺則會(huì)導(dǎo)致圖案未完全轉(zhuǎn)移，兩者都會(huì)降低芯片良率。

3.均勻性控制：晶圓尺寸過大時(shí)，邊緣與中心的距離較大，等離子體密度、氣體流量、溫度分布的微小差異都會(huì)導(dǎo)致刻蝕速率不均，需要保持納米級(jí)的刻蝕均勻性。

4.定位與同步：刻蝕機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)精度和長期穩(wěn)定性，晶圓在刻蝕過程中需精準(zhǔn)對(duì)齊光刻定義的圖案。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

三、芯明天壓電納米定位技術(shù)：刻蝕精度的“隱形守護(hù)者”

壓電納米定位技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)在于其納米級(jí)分辨率、毫秒級(jí)響應(yīng)速度的低能耗精密運(yùn)動(dòng)控制。

▲核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

①納米級(jí)分辨率：實(shí)現(xiàn)晶圓位移的納米級(jí)控制，滿足更小的步進(jìn)需求。

②毫秒級(jí)響應(yīng)：超快響應(yīng)速度，可做到比傳統(tǒng)制動(dòng)快數(shù)十倍的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

③穩(wěn)定、抗干擾：刻蝕機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)、溫度波動(dòng)都可能影響定位精度，壓電納米產(chǎn)品的一體化剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大幅度減少了振動(dòng)傳遞，并且不受溫度影響，實(shí)現(xiàn)漂移量最小化。

1.晶圓納米級(jí)位移調(diào)節(jié)

刻蝕過程中的晶圓定位精度直接影響工藝效果。壓電納米定位臺(tái)可進(jìn)行多維精密角度調(diào)整，具有極高的定位精度和穩(wěn)定性，響應(yīng)速度快，能夠確保晶圓與等離子體流的理想相對(duì)位置，消除因偏移導(dǎo)致的刻蝕偏差問題。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

2.刻蝕形貌控制

面對(duì)芯片立體電路的刻蝕挑戰(zhàn)，壓電陶瓷促動(dòng)器可以協(xié)助射頻電極進(jìn)行微調(diào)，實(shí)時(shí)修正等離子體束的位置，優(yōu)化等離子體分布，實(shí)現(xiàn)刻蝕形狀無損傷和線寬無畸變，滿足芯片中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)刻蝕要求。同時(shí)，高性能壓電促動(dòng)器的壽命超過十億次往復(fù)循環(huán)，能夠滿足刻蝕機(jī)的長期量產(chǎn)需求。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

3.刻蝕氣體的微流控制

刻蝕氣體的流量需精確到誤差<0.1%的級(jí)別，并且需在毫秒時(shí)間內(nèi)切換氣體配方，如：從刻蝕介質(zhì)層切換到刻蝕金屬層等。這要求采用高精度的質(zhì)量流量控制器（MFC），而質(zhì)量流量控制器（MFC）內(nèi)部閥門的響應(yīng)時(shí)間也同樣需要控制在毫秒級(jí)別，且長期使用后精度、穩(wěn)定性要做到衰減最小化。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

芯明天壓電納米定位臺(tái)

P15系列壓電納米定位臺(tái)是快速、高精度的二維及三維掃描和納米定位臺(tái)，具有非常高的定位精度。多種通孔尺寸可選。P15壓電納米定位臺(tái)運(yùn)動(dòng)行程可達(dá)300μm/軸，它的內(nèi)部采用有限元分析（FEA）優(yōu)化的線切割撓曲鉸鏈結(jié)構(gòu)。FEA使其設(shè)計(jì)具有盡可能高的剛度，并使線性和角度跳動(dòng)最小化。

特點(diǎn)

·二維或三維運(yùn)動(dòng)，行程300μm/軸

·無摩擦、高精度撓性導(dǎo)向系統(tǒng)

·可選配閉環(huán)傳感器

·掃描平整度高

·多種通孔尺寸可選

·真空版本可選

技術(shù)參數(shù)

注：可定制超低溫版本及超高真空版本。

芯明天六軸定位系統(tǒng)

H60系列六軸壓電納米定位臺(tái)，是θx、θy、θz、X、Y、Z六軸運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)，通過六支壓電促動(dòng)器的并聯(lián)協(xié)調(diào)伸縮實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，臺(tái)體結(jié)構(gòu)緊湊，三種規(guī)格型號(hào)可供選擇，閉環(huán)型號(hào)定位精度更高，適用于六自由度微操作、微電子精密加工、檢測等應(yīng)用。

特點(diǎn)

·六維θx、θy、θz、X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)

·大承載

·閉環(huán)定位精度高

·誤差無積累

技術(shù)參數(shù)

*可定制低溫版本及高真空版本。

芯明天金屬密封型壓電促動(dòng)器

金屬密封型壓電促動(dòng)器因外殼做了全密封，實(shí)現(xiàn)了與大氣環(huán)境的絕緣，進(jìn)而受環(huán)境濕度影響較小，具有更長的使用壽命和更高性能，非常適用于需要高可靠性的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備和光通信設(shè)備等各種應(yīng)用。

特點(diǎn)

·高可靠性：在85℃和100V下可實(shí)現(xiàn)MTTF=36000小時(shí)

·精確的納米定位

·機(jī)械磨損最小化

·工作溫度：-25℃~+85℃或-40℃~+150℃

·出力最大可達(dá)3600N

·驅(qū)動(dòng)電壓：0~150V

·內(nèi)置預(yù)加載機(jī)構(gòu)和安裝附件，便于安裝到設(shè)備中

注：MTTF（Mean Time To Failures）為平均失效前時(shí)間。

型號(hào)舉例

H550C801WD1-A0LF是芯明天金屬密封型壓電促動(dòng)器的眾多型號(hào)之一，它的行程可達(dá)55μm，出力可達(dá)800N，高標(biāo)準(zhǔn)的性能使其非常適用于流體流量控制閥的驅(qū)動(dòng)，滿足流體流量控制閥對(duì)驅(qū)動(dòng)部件高可靠性和高精度的要求。（另有多款型號(hào)可供選擇，并且支持參數(shù)定制。）

技術(shù)參數(shù)

審核編輯 黃宇