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晶圆重复曝光光刻机

时间:2021-02-26 00:07来源:海猎人

 

  晶圆重复曝光光刻机步进光刻机是“印钱”的许可证,所以负责制造它的工程师们从不担心成本问题。Natlab没有能力制造先进的光学元件,但作为技术丰富的研究大本营,其他部分都不在话下。研究人员可以接触到每个技术学科的顶尖科学家,以及最好的玻璃吹制工、机械师、仪器制造商和其他工匠。工程设备齐全的工作室随时准备着帮助工程师们打造最疯狂的装置。至少在理论上是这样的。但实际上,并不是每个人都渴望主动提供帮助。赫尔曼·范希克在试图让Natlab为他的光刻机生产控制电子部分时体会到了这一点,电子研究人员并不热情。“书呆子”们不想参与,他们更喜欢专注于基础半导体的研究。他们瞧不起机器控制系统这种没有新鲜感的东西,因为这意味着要起草规格书和制作光刻电路板,而这无法帮助科学家取得名声。当范希克敲响电子小组的大门的时候,他们也对这个工作不感兴趣。该小组负责人只是大概了解了一下这个项目,就表示他的助手们已经忙得不可开交了,他也不太看好范希克关于电子设计的提议。

  范希克并未因此泄气。因为这个项目生逢其时,而他可以控制每一个决策。机器控制系统的解决方案很快就在Elcoma找到了。就像克洛斯特曼的光刻机一样,奈梅亨的电子机械化小组也很乐意提供帮助。Natlab的总监直接和Elcoma的管理部门进行了讨论。以几台光刻机作为交换,Elcoma将打造一个控制系统(一个6英尺高的机架上装满了电子元件),并愿意负责机器未来的维护。

  Elcoma的电子机械化团队如此渴望投入光刻机的制造工作中是有充分理由的。在芯片制造过程中,决策人正在从制造机器的人转变为设计生产过程的人,这是飞利浦内部的一种新现象。在20世纪70年代初,飞利浦仍然是高度等级化的公司。在工业事业部,电子机械化团队负责生产配套资源。他们开发机器并配备工厂生产线。不爱用外来技术的文化在飞利浦是很浓厚的。因此,飞利浦打造了自己的灯泡流水生产线,自己制造用于为阴极射线管吹制玻璃的机器,而且还自行制造了用于将电子元件装到电路板上的机器。但在芯片工厂,工艺工程师们正在削弱技术支持团队和机器设计师的主导地位。权力平衡的状态正在发生变化。在晶圆厂,决定产量的不再是机械师,而是控制机器的人。他们知道几十个工艺步骤是如何相互影响的,如何利用现有的方法来实现高产。在芯片制造过程中,复杂度越来越高,所有的步骤都必须完全协调,例如应用光刻胶、曝光、蚀刻、氧化、蒸发等步骤。在Elcoma,权力也从机械化团队的手中逐渐转移到研发生产工艺的工程师那里。

  工艺工程师们越来越多地使用其他地方制造的专用机器,而且他们对使用结果感到很满意。当他们在飞利浦以外的地方采购时,他们也会获得更友好的服务,,他们不必再依赖粗暴的同事、飞利浦的官僚体系或Natlab傲慢的研究人员。但在20世纪70年代初,Elcoma的机械化团队仍然是尖端专业知识的源泉。他们正在使用计算机、编写软件和制造定制电子元件。当他们从Natlab得知范希克的要求,即为一种全新的光刻机开发控制电子元件时,他们抓住了时机,这是让自己重新回到中心舞台的一种方式。这个项目结束后,Elcoma甚至在Natlab的范希克项目小组中派驻了一名工程师。这位工程师将制造和协调光刻机中运动的电子装置,处理测量头的位移信号和控制气动信号并管理简单的耦合器,如打开和关闭控制面板上的灯。这位工程师在奈梅亨得到了自己团队的支持,该团队的成员负责开发电子元件和制作印刷电路板,他们也在那里编写软件。1971年9月22日,当范希克将他的季度报告发送给他的上司克莱默和Natlab的管理层时,内容仍旧简短而温馨。他清楚地描述了Elcoma和Natlab之间的平等伙伴关系。“今年1月,我和布休斯访问了美国,向更多的观众展示了投影式光刻技术。在这次旅行中,我们有机会和其他实验室的人探讨如何解决与投影到晶圆上有关的问题。

  “这些新的讨论催生出了关于解决光刻机投影问题的一个提案。这使Natlab的Santen小组和在奈梅亨的Elcoma达成了一个协议,即成立一个Natlab-Elcoma联合项目,以制造两台一样的光刻机。Elcoma将负责电子和信息处理,Natlab负责光学、力学和项目协调。关于整个设想已经制定出了详细的方案。”范希克和布休斯肩负着一个任务,就是在与电子束直写的比赛中获胜。但竞争对手正紧追不舍:他们不知道到底有多少个对手,但他们估计可能有少数公司在探索同样的方法。这并不奇怪,如上所述,一步一步直接曝光晶圆只是一个简单的想法。范希克和布休斯确信,这就是这个行业需要的发展方向,即使他们不知道自己选择的解决方案是否是最好的。他们说:“这是我们必须发展的方向,即使道路艰难而复杂。如果我们做到了,我们就是领跑者。”Natlab为这两位工程师提供了绝佳的环境。世界上只有少数地方可以让开发人员如此全身心地沉浸在技术里:他们只需询问就可以得到帮助或工具。在舒适的Natlab里,资金从来不是问题。他们可以自由选择最好的技术解决方案,而不必考虑成本。集团领导克莱默和部门总监梅耶给予他们充分的支持,他们为光刻机的材料成本预留了7万美元。但范希克知道,飞利浦的未来取决于芯片,其实并没有真正的预算限制。事实上,他的任务是设计一台合法的“印钞机”:一台以最快的速度生产微小但极其昂贵的产品的机器。

  为了保持良好的开发势头,系统架构师做出了谨慎的决定。他选择使用与克洛斯特曼用于制作掩模的光刻机完全相同的基础结构:相同的花岗岩基座,由晶圆台在静压状态下的x轴、y轴承控制系统。这是因为其操作原理与已经设计完成的光刻机基础结构相同,而且车间对其也很熟悉,所以生产和组装只需几个月。并不是说这是最完美的解决方案,因为工作台上只有一个托架用于容纳和移动晶圆,与它成直角的托盘上则承载着较大的重量——投影透镜和水银灯的重量。整个装置的重量太大了,所以每进行一步都会让机器颤抖。为了抑制振动,工程师们花了很多宝贵的时间。但对于范希克来说这是可以接受的。毕竟他只需要制作一个功能原型而不是在工厂里使用的机器,他只需要证明步进重复光刻技术是可行的。范希克把他所拥有的、能找到的技术都拼凑起来,他在寻找快速的解决方案。有时,电网中出现的尖峰会影响他的机器中的电子器件,这曾给Natlab的其他研究人员的实验造成了重大干扰。范希克决定不对电子器件中问题的根源展开详细的调查,因为他已经看到了电子支持团队不配合的面孔。相反,他选了一个简单粗暴的方法:买了一台10千瓦的发电机并把它连接到电网上,然后在上面又装了一台10千瓦的发电机,这样就得到了一个稳定的电源。

 

 

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赫尔曼·范希克将现有的设备作为他的光刻机的基础。从图中,可以看到安装镜头的底座;框架下方是静压状态下的x轴承和y轴承;右边的气缸是用于向垂直方向移动镜头的液压电机。
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