中國(guó)粉體網(wǎng)訊 半導(dǎo)體芯片制程中所用的光刻機(jī)是最重要、最復(fù)雜、最昂貴的集成電路制造裝備，也被稱為半導(dǎo)體制造的“母機(jī)”，其技術(shù)難度之大、單價(jià)之高在全球均屬罕見，又被譽(yù)為“超精密尖端裝備的珠穆朗瑪峰”，挑戰(zhàn)著人類超精密制造的精度和性能極限。
光刻機(jī)中的光學(xué)系統(tǒng)是其最關(guān)鍵且最復(fù)雜的部分之一，包括照明系統(tǒng)和投影物鏡兩大核心組成部分。投影物鏡是光刻機(jī)中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)成像的關(guān)鍵部件，它的主要作用是將掩模圖形按照一定縮放比例成像到硅片上。
其中，投影物鏡鏡頭的材料大多采用熔融石英，據(jù)中國(guó)粉體網(wǎng)了解，可以穩(wěn)定供應(yīng)滿足193 nm光刻等級(jí)的熔融石英的廠家僅有德國(guó)Heraeus公司、Schott公司、美國(guó)Corning公司、德國(guó)蔡司公司等極少數(shù)幾家。
（圖源：Corning）
隨著集成電路不斷向微型化的趨勢(shì)發(fā)展，必須以極其精確的方式將光刻掩模上的圖案轉(zhuǎn)移到晶圓上，同時(shí)確保像差盡可能小，接近理論極限。高端芯片中最微小的結(jié)構(gòu)其寬度甚至不到所用光波波長(zhǎng)的十分之一！這種用于光刻的光學(xué)系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)與制造，堪稱光學(xué)領(lǐng)域中最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
據(jù)Heraeus Covantics公司專家介紹，光刻光學(xué)系統(tǒng)中首選的光學(xué)材料是合成熔融石英，因?yàn)樗耆珴M足了上述對(duì)無像差深紫外光學(xué)系統(tǒng)的要求。合成熔融石英具有極高的深紫外光透射率以及極低的吸收率，因此不會(huì)因透鏡受熱而產(chǎn)生圖像缺陷。這種材料還具備優(yōu)異的光學(xué)三維均勻性（折射率變化極�。覒�(yīng)力雙折射現(xiàn)象可以忽略不計(jì)。
對(duì)于光學(xué)材料而言，另一個(gè)重要的要求是必須具備抗紫外線輻射的能力。盡管光刻設(shè)備中使用的脈沖能量密度相對(duì)較低（<1 mJ/cm²），但只有經(jīng)過特殊優(yōu)化的熔融石英材料，才能在預(yù)計(jì)的使用壽命（約10年）內(nèi)保持其優(yōu)異的性能。
Heraeus專家分析，根據(jù)脈沖激光器中的波長(zhǎng)、能量密度以及峰值強(qiáng)度等不同條件，熔融石英玻璃可能會(huì)受到各種形式的損傷。第一種情況，在極高的激光強(qiáng)度下，石英玻璃中的某些特定位置可能會(huì)發(fā)生光電離現(xiàn)象，并由此產(chǎn)生等離子體。這種機(jī)械損傷通常會(huì)出現(xiàn)在光學(xué)元件的正面或背面。另一可能發(fā)生的機(jī)械損傷是：沿著激光束的傳播方向，在玻璃內(nèi)部形成細(xì)小的微通道。
第二種更為微妙的損傷機(jī)制：在玻璃受到輻射時(shí)，光化學(xué)過程中會(huì)生成缺陷中心（有時(shí)也被稱為“色心”）。這些缺陷中心會(huì)在特定波長(zhǎng)處吸收光。這些缺陷還會(huì)與玻璃中溶解的氫發(fā)生相互作用。因此，在生產(chǎn)過程中通常會(huì)精確控制玻璃中的氫濃度，并通過拉曼光譜技術(shù)在分析實(shí)驗(yàn)室中對(duì)氫濃度進(jìn)行檢測(cè)。
第三種可能發(fā)生的損傷是由于玻璃在輻照作用下的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致二氧化硅玻璃的折射率發(fā)生改變。根據(jù)二氧化硅玻璃的類型以及輻照條件的不同，其折射率可能會(huì)增加（這種現(xiàn)象稱為“玻璃的致密化”），也可能會(huì)降低（這種現(xiàn)象稱為“玻璃的稀疏化”）。
參考來源：
中國(guó)粉體網(wǎng)：“芯片之母”，居然也離不開石英材料
Heraeus Covantics官網(wǎng)、Corning官網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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