

文 | 笪洁琼
本文转载自微信公众号“大数据文摘”(ID: BigDataDigest),原文首发于2020年7月8日,原标题为《95后up主低成本DIY纳米级光刻机!一图纸一书桌研究半年,挑战芯片制造最难环节》,不代表瞭望智库观点。
最近,一位本科生自制光刻机的视频火了。是的,你没听错,一位大连理工大学化工学院的Up主彭译锋,竟然凭着一张图纸给成功在家里搭建了纳米级光刻机,还成功光刻出75微米(75000纳米)的孔径,被网友盛赞:后浪可畏!更让人惊掉下巴的是,这位同学还在读本科,整个制造过程都是在一间超简陋的小书桌上完成的,全部数学演算全靠一张白板,所有的材料都堆放在桌上地上,简直就是“家居实验室模范”。彭同学在视频中表示,他制造光刻机的图纸来自自己西安电子科技大学的同学,图纸大概长下图这个样子。彭同学也正是凭借着这张图纸,完整复刻了整台纳米级光刻机。其实早在今年5月,彭同学已经发布了一个半导体光刻教程-1CM工艺教程成果,目前75微米工艺是在1厘米的基础上研究出来的,当时由于时间有限,他只完成了一层,真正量产的芯片不止一层,这里是做一个简单的示范。在他的其它视频中是有做准备工作的,比如培养单晶硅片,需要把整个硅片的表面全部用氧化层覆盖。光刻掩板也需要小心放置,非常的脆弱,容易直接碎掉。Nmos板掩盖部分还需要上胶水。他目前的研究成果是花了大概半年时间自己琢磨出来的,最早的兴趣来自高中的时候,那时还没有视频和资料,但是他就是想自研芯片。并且彭同学也想通过视频给大家证明,环境怎么样不重要,有动手能力和兴趣就足够啦!
小彭同学在一段21分钟的快进视频中呈现了自制光刻机的整个过程。
首先他先自建微纳米平台,两台显微镜加一个激光雕刻机等部件就位。雕刻机的功率是500毫瓦。由于硅片具有反射性,所以在雕刻时必须要带上护目镜。左边这台带屏幕的显微镜还是找同学借的,主要是用来观察实验结果的。还有旋涂设备,用来旋涂比较大的设备。将显微镜改装成微缩光刻机,用普通的镜头先对焦,再用光刻的镜头进行操作。光刻镜头是用锡纸改装的,起到散热和遮蔽外泄紫外线的作用。连接线加LED紫外灯,大约10瓦的功率,由于紫外线容易对人体造成伤害,所以务必要用锡纸做遮掩,镜头里也需要掩膜以及游标卡尺、黄光灯来配合。芯片少不了光刻胶这种原料,小彭同学花了不少力气,终于淘到了一小瓶光刻胶(150元),光刻胶的外袋是黑色遮光的,但是装光刻胶的瓶子却是透明的,所以说不能一拿到手就打开,一旦随意打开就容易全部曝光了,最好是在黄光(特定区域)的背景下打开。还要把光刻胶进行分装,大概每次3-4ml,取胶剂、显影液的就准备自己调试一下。由于光刻胶的瓶子都是日本进口的,小彭同学不仅感叹:我们还有很多需要学习的地方,比起现有的技术还有很大的距离。配置显影液,使用袋装的氢氧化钠,为什么没有用成品显影液呢?因为小彭同学还是学生,预算不够,仅有的钱拿去买光刻胶了,配上蒸馏水,虽然不是超纯水和去离子水,但是也能凑合。经过反复调试,配置的显影液的PH值大概在9.3左右,需要配置500ml左右。再就是预热加热台,110°C,打开除湿用的净化器。仔细阅读光刻胶说明书。对玻璃片进行悬涂之前,要用氮气除去表面的灰尘。再开始滴一些光刻胶,就可以开始旋涂了。细节部分也很充分,风扇的转数需要达到4000转以上,否则达不到效果。旋涂完成后放在预热好的加热台上,放置时间为90秒,过程中最好用锡纸盖上,以免灰尘异物落在玻璃片上。接下来就可以进行工艺参数的设置,速度调成2000左右,功率调到40%,选择点雕刻,并选择每mm两个点,停留时间为2毫秒,全部设置好后,开启热光模式。再拿出刚配好的显影液,不要倒太多,以免浓度过高,没有空间可以稀释以及补充碱液。配置妥当后,反影就可以开始了。玻璃片的表面会有红色物质生成,是重新溶解的光刻胶。由于是自配的显影液,所以在某些参数的位置掌握得不太好。如果要看详细的,只能在显微镜下面看,有的地方是被腐蚀的,不是很好。在中等位列的情况下,是可以看到,做出来的效果还可以,黑影的位置是刚刚处理得不够充分,还缺少一些腐蚀时间。网友评论:用最简陋的设备尝试最有趣的事
目前,小彭同学的视频已经有了近20万的播放量。网友们对此评价也相当高。
有的网友劝他毕业后直接去上海微电子应聘,评论区也有专业人士邀请一起合作研发。
光刻机技术目前属于尖端技术,那是因为我们还尚未突破,一旦突破了,就不是尖端了!光刻机制造卡脖子,中国何时能摘取这只“工业上的皇冠”?
光刻机技术一直被誉为“工业之光”“工业上的皇冠”,整套制作真的非常难。
成功生产半导体芯片的技术主要分成湿洗、光刻、离子注入、干蚀刻、湿蚀刻、等离子冲洗、热处理、快速热退火、退火、热氧化、化学气相淀积(CVD)、物理气相淀积(PVD)、分子束外延(MBE)、电镀处理、化学/机械处理、晶圆测试和晶圆打磨,经过这些步骤都成功后,才能出厂封装。
第二步:光刻,用紫外线透过蒙版照射硅晶圆,被照射的位置就会被洗掉,因为还没加入杂质,所以还是一片硅晶圆。第三部:离子注入,在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质,不同的杂质和浓度还有位置就组成了场效应管。以上步骤不止做一次,需要达到场效应管的要求,可能需要重复以上步骤。第六步:热处理,通过大功率照射平台将硅晶圆片照射到规定的高温,然后再冷却,这步是为了让注入的离子能更好地被启动以及热氧化,还有退火和热氧化,要制作出二氧化硅。第七步:化学气相淀积(CVD),精细处理表面物质。第九步:分子束外延(MBE),如果有长单晶就需要这步。看着步骤挺多,但是再看看制作工序,其中第二步就是光刻,也就是说,如果我们还没有掌握5纳米和7纳米的技术工艺,后面的工艺基本就无法继续。所以这个光刻机技术卡脖子的位置就是在这里。为了能研发出我们国家的自产芯片,不知道有多少优秀的人才正在夜以继日地苦心钻研。早日国产化,突破卡脖子,是我们每一个中国人的心愿。就像小彭同学的评论里说的那样:他放上这个手把手微纳加工平台的组装教学视频,以专业技术、超低成本,挑战自制光刻机的极限,只为唤醒更多后浪们对科技的追求和探索!http://www.211ic.com/forum.php?gid=1http://www.smee.com.cn/eis.pub?service=newsService&method=show_every_news&showform=news/showEveryNews.ftl&onclicknodeno=1_8_1&newseq=1589851133943&differ_net=0
