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时间:2021-02-25 00:07来源:海猎人

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  赫尔曼·范希克和吉斯·布休斯创造了世界上第一台步进光刻机。范希克是系统架构师,布休斯则研发了一种精确度最高的对准技术。在随后的几十年里,荷兰的光刻技术传遍了全球。在他们的旅行中,赫尔曼·范希克和吉斯·布休斯听说,Perkin-Elmer做了首次尝试但产品未能成功上市。他们遇到的大多数美国人都说,他们不再相信光学光刻,而是要把希望寄托在电子束上:电子束可以直接刻画非常小的细节。范希克和布休斯仍在继续研究可以缩小图案的光学投影仪。如果他们成功地将图案缩小并直接投射到晶圆上,他们就将拥有卓越的技术,所有接触式掩模的损坏问题都将成为过去。此外,非接触式方法还将减少差错和掩模上的灰尘。即使有一点灰尘最终在晶圆上也会变得很小,通常不会造成任何问题:这最终将提高芯片的良率。他们的设备还必须能够将晶圆移动到1微米精度的光区里,以便以极高的准确度曝光下一个图案。其中对准是一个主要问题。大约10次的连续曝光必须精确叠加。最大的问题是,机器将如何在晶圆上准确定位?这不是一个容易解决的问题:由于中间所有的化学和物理处理,他们在晶圆上制作的任何标记或其他图案最终都会消失不见;此外,晶圆也会被一层新的光刻胶覆盖以曝光下一个图案。是否能制造出这样一种设备,可以一个接一个地把所有的图案都投射到晶圆上,同时将误差保持在几十分之一微米的范围内?

  在20世纪70年代,许多主要的芯片制造商都在研究用来解决这个问题的机器。几乎所有人都决定利用晶圆上某种鲜明的特征来确定位置。但布休斯提出了一个更稳健的解决方案。他在相位光栅领域已经有多年的经验:将相位光栅用于位移测量系统,比如克洛斯特曼研制的光刻机上的晶圆台。范希克也熟悉这项技术。在实验室里,他相当于经营着一家小型工厂,专门制造像光刻机这样的设备所用的扫描头。这些扫描头可以读取由4微米宽的虚线组成的代码。这一方法由亨德里克·德朗的小组提出,并由布休斯完善。相位光栅看起来有点像芦笋田,有1/4波长(用来读取光栅的光的波长)高的小堆。传感器使用光学偏振和相位对比技术,这使得它可以读取那些虚线。范希克和布休斯很快就明白,这些光栅和相关的光学设备能如何解决他们的问题。他们意识到,相位光栅在芯片制造过程中可以不被损坏。答案是显而易见的。如果他们能把一个小型芦笋田放在晶圆上,并将掩模和其他东西都用偏振激光对准,那么理论上可以解决他们的问题。相位光栅的唯一缺点是所需的光学元件极其复杂。但他们毫不犹豫,开始试验在晶圆上制作线条图案和类似的其他图案。凭借在光学方面的经验,布休斯知道他可以在实验室里实现自己的设想,但他严重怀疑这项技术是否能在条件苛刻的生产环境中应用。“在Natlab里很容易应用它,”他告诉范希克,“但一旦它到了工厂,我就会很担心。不能保证这种装置在工厂中仍能适用。”

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