在半導體制造流程中，每一塊納米級芯片的誕生，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，刻蝕機堪稱光刻機的最佳搭檔，二者協(xié)同發(fā)力，推動著芯片制造的精密進程。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，更從根本上左右著整個制程精度的發(fā)展方向與上限。

一、刻蝕機：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機在半導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、溝槽等關鍵結(jié)構(gòu)。

刻蝕設備按照工藝的區(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溶液進行刻蝕，而干法刻蝕一般使用等離子體或特定氣體進行刻蝕。目前為了追求更高的半導體制造精度，尤其是在先進制程，幾乎都需要采用干法刻蝕。干法刻蝕的核心原理是：刻蝕機的反應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材料發(fā)生化學反應，并且將反應生成的產(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）

總結(jié)來說，刻蝕機和光刻機一樣，是半導體芯片圖案成型的關鍵設備，其精度直接決定芯片的集成度和性能。

二、刻蝕機精進路上的挑戰(zhàn)

隨著芯片制程從14nm邁向3nm、2nm，甚至未來更先進的節(jié)點，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）

1.納米級尺寸與邊緣粗糙度：晶體管關鍵尺寸已縮小至幾個納米，并且刻蝕后圖案的邊緣粗糙度也需控制在納米級別，否則可能會導致器件電流波動、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別，過度刻蝕會損傷下層材料，而刻蝕欠缺則會導致圖案未完全轉(zhuǎn)移，兩者都會降低芯片良率。

3.均勻性控制：晶圓尺寸過大時，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導致刻蝕速率不均，需要保持納米級的刻蝕均勻性。

4.定位與同步：刻蝕機的機械系統(tǒng)需實現(xiàn)亞納米級的運動精度和長期穩(wěn)定性，晶圓在刻蝕過程中需精準對齊光刻定義的圖案。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡）

三、芯明天壓電納米定位技術(shù)：刻蝕精度的“隱形守護者”

壓電納米定位技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其納米級分辨率、毫秒級響應速度的低能耗精密運動控制。

▲核心技術(shù)優(yōu)勢：

①納米級分辨率：實現(xiàn)晶圓位移的納米級控制，滿足更小的步進需求。

②毫秒級響應：超快響應速度，可做到比傳統(tǒng)制動快數(shù)十倍的動態(tài)補償。

③穩(wěn)定、抗干擾：刻蝕機工作時產(chǎn)生的機械振動、溫度波動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)設計大幅度減少了振動傳遞，并且不受溫度影響，實現(xiàn)漂移量最小化。

1.晶圓納米級位移調(diào)節(jié)

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

（注：圖片來源于網(wǎng)絡）

2.刻蝕形貌控制

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

（注：圖片來源于網(wǎng)絡）

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%的級別，并且需在毫秒時間內(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)部閥門的響應時間也同樣需要控制在毫秒級別，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）

芯明天壓電納米定位臺

P15系列壓電納米定位臺是快速、高精度的二維及三維掃描和納米定位臺，具有非常高的定位精度。多種通孔尺寸可選。P15壓電納米定位臺運動行程可達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使其設計具有盡可能高的剛度，并使線性和角度跳動最小化。

特點

·二維或三維運動，行程300μm/軸

·無摩擦、高精度撓性導向系統(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，是θx、θy、θz、X、Y、Z六軸運動工作臺，通過六支壓電促動器的并聯(lián)協(xié)調(diào)伸縮實現(xiàn)空間內(nèi)六個自由度的運動，臺體結(jié)構(gòu)緊湊，三種規(guī)格型號可供選擇，閉環(huán)型號定位精度更高，適用于六自由度微操作、微電子精密加工、檢測等應用。

特點

·六維θx、θy、θz、X、Y、Z軸運動

·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器

金屬密封型壓電促動器因外殼做了全密封，實現(xiàn)了與大氣環(huán)境的絕緣，進而受環(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體器件制造設備和光通信設備等各種應用。

特點

·高可靠性：在85℃和100V下可實現(xiàn)MTTF=36000小時

·精確的納米定位

·機械磨損最小化

·工作溫度：-25℃~+85℃或-40℃~+150℃

·出力最大可達3600N

·驅(qū)動電壓：0~150V

·內(nèi)置預加載機構(gòu)和安裝附件，便于安裝到設備中

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

型號舉例

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

技術(shù)參數(shù)

審核編輯 黃宇