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                    晶圓重復曝光光刻機

                    時間:2021-02-26 00:07來源:海獵人

                     

                      晶圓重復曝光光刻機步進光刻機是“印錢”的許可證,所以負責制造它的工程師們從不擔心成本問題。Natlab沒有能力制造先進的光學元件,但作為技術豐富的研究大本營,其他部分都不在話下。研究人員可以接觸到每個技術學科的頂尖科學家,以及最好的玻璃吹制工、機械師、儀器制造商和其他工匠。工程設備齊全的工作室隨時準備著幫助工程師們打造最瘋狂的裝置。至少在理論上是這樣的。但實際上,并不是每個人都渴望主動提供幫助。赫爾曼·范?嗽谠噲D讓Natlab為他的光刻機生產控制電子部分時體會到了這一點,電子研究人員并不熱情。“書呆子”們不想參與,他們更喜歡專注于基礎半導體的研究。他們瞧不起機器控制系統這種沒有新鮮感的東西,因為這意味著要起草規格書和制作光刻電路板,而這無法幫助科學家取得名聲。當范?饲庙戨娮有〗M的大門的時候,他們也對這個工作不感興趣。該小組負責人只是大概了解了一下這個項目,就表示他的助手們已經忙得不可開交了,他也不太看好范?岁P于電子設計的提議。

                      范?瞬⑽匆虼诵箽。因為這個項目生逢其時,而他可以控制每一個決策。機器控制系統的解決方案很快就在Elcoma找到了。就像克洛斯特曼的光刻機一樣,奈梅亨的電子機械化小組也很樂意提供幫助。Natlab的總監直接和Elcoma的管理部門進行了討論。以幾臺光刻機作為交換,Elcoma將打造一個控制系統(一個6英尺高的機架上裝滿了電子元件),并愿意負責機器未來的維護。

                      Elcoma的電子機械化團隊如此渴望投入光刻機的制造工作中是有充分理由的。在芯片制造過程中,決策人正在從制造機器的人轉變為設計生產過程的人,這是飛利浦內部的一種新現象。在20世紀70年代初,飛利浦仍然是高度等級化的公司。在工業事業部,電子機械化團隊負責生產配套資源。他們開發機器并配備工廠生產線。不愛用外來技術的文化在飛利浦是很濃厚的。因此,飛利浦打造了自己的燈泡流水生產線,自己制造用于為陰極射線管吹制玻璃的機器,而且還自行制造了用于將電子元件裝到電路板上的機器。但在芯片工廠,工藝工程師們正在削弱技術支持團隊和機器設計師的主導地位。權力平衡的狀態正在發生變化。在晶圓廠,決定產量的不再是機械師,而是控制機器的人。他們知道幾十個工藝步驟是如何相互影響的,如何利用現有的方法來實現高產。在芯片制造過程中,復雜度越來越高,所有的步驟都必須完全協調,例如應用光刻膠、曝光、蝕刻、氧化、蒸發等步驟。在Elcoma,權力也從機械化團隊的手中逐漸轉移到研發生產工藝的工程師那里。

                      工藝工程師們越來越多地使用其他地方制造的專用機器,而且他們對使用結果感到很滿意。當他們在飛利浦以外的地方采購時,他們也會獲得更友好的服務,,他們不必再依賴粗暴的同事、飛利浦的官僚體系或Natlab傲慢的研究人員。但在20世紀70年代初,Elcoma的機械化團隊仍然是尖端專業知識的源泉。他們正在使用計算機、編寫軟件和制造定制電子元件。當他們從Natlab得知范?说囊,即為一種全新的光刻機開發控制電子元件時,他們抓住了時機,這是讓自己重新回到中心舞臺的一種方式。這個項目結束后,Elcoma甚至在Natlab的范?隧椖啃〗M中派駐了一名工程師。這位工程師將制造和協調光刻機中運動的電子裝置,處理測量頭的位移信號和控制氣動信號并管理簡單的耦合器,如打開和關閉控制面板上的燈。這位工程師在奈梅亨得到了自己團隊的支持,該團隊的成員負責開發電子元件和制作印刷電路板,他們也在那里編寫軟件。1971年9月22日,當范?藢⑺募径葓蟾姘l送給他的上司克萊默和Natlab的管理層時,內容仍舊簡短而溫馨。他清楚地描述了Elcoma和Natlab之間的平等伙伴關系。“今年1月,我和布休斯訪問了美國,向更多的觀眾展示了投影式光刻技術。在這次旅行中,我們有機會和其他實驗室的人探討如何解決與投影到晶圓上有關的問題。

                      “這些新的討論催生出了關于解決光刻機投影問題的一個提案。這使Natlab的Santen小組和在奈梅亨的Elcoma達成了一個協議,即成立一個Natlab-Elcoma聯合項目,以制造兩臺一樣的光刻機。Elcoma將負責電子和信息處理,Natlab負責光學、力學和項目協調。關于整個設想已經制定出了詳細的方案。”范?撕筒夹菟辜缲撝粋任務,就是在與電子束直寫的比賽中獲勝。但競爭對手正緊追不舍:他們不知道到底有多少個對手,但他們估計可能有少數公司在探索同樣的方法。這并不奇怪,如上所述,一步一步直接曝光晶圓只是一個簡單的想法。范?撕筒夹菟勾_信,這就是這個行業需要的發展方向,即使他們不知道自己選擇的解決方案是否是最好的。他們說:“這是我們必須發展的方向,即使道路艱難而復雜。如果我們做到了,我們就是領跑者。”Natlab為這兩位工程師提供了絕佳的環境。世界上只有少數地方可以讓開發人員如此全身心地沉浸在技術里:他們只需詢問就可以得到幫助或工具。在舒適的Natlab里,資金從來不是問題。他們可以自由選擇最好的技術解決方案,而不必考慮成本。集團領導克萊默和部門總監梅耶給予他們充分的支持,他們為光刻機的材料成本預留了7萬美元。但范?酥,飛利浦的未來取決于芯片,其實并沒有真正的預算限制。事實上,他的任務是設計一臺合法的“印鈔機”:一臺以最快的速度生產微小但極其昂貴的產品的機器。

                      為了保持良好的開發勢頭,系統架構師做出了謹慎的決定。他選擇使用與克洛斯特曼用于制作掩模的光刻機完全相同的基礎結構:相同的花崗巖基座,由晶圓臺在靜壓狀態下的x軸、y軸承控制系統。這是因為其操作原理與已經設計完成的光刻機基礎結構相同,而且車間對其也很熟悉,所以生產和組裝只需幾個月。并不是說這是最完美的解決方案,因為工作臺上只有一個托架用于容納和移動晶圓,與它成直角的托盤上則承載著較大的重量——投影透鏡和水銀燈的重量。整個裝置的重量太大了,所以每進行一步都會讓機器顫抖。為了抑制振動,工程師們花了很多寶貴的時間。但對于范?藖碚f這是可以接受的。畢竟他只需要制作一個功能原型而不是在工廠里使用的機器,他只需要證明步進重復光刻技術是可行的。范?税阉鶕碛械、能找到的技術都拼湊起來,他在尋找快速的解決方案。有時,電網中出現的尖峰會影響他的機器中的電子器件,這曾給Natlab的其他研究人員的實驗造成了重大干擾。范?藳Q定不對電子器件中問題的根源展開詳細的調查,因為他已經看到了電子支持團隊不配合的面孔。相反,他選了一個簡單粗暴的方法:買了一臺10千瓦的發電機并把它連接到電網上,然后在上面又裝了一臺10千瓦的發電機,這樣就得到了一個穩定的電源。

                     

                     

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                    赫爾曼·范?藢F有的設備作為他的光刻機的基礎。從圖中,可以看到安裝鏡頭的底座;框架下方是靜壓狀態下的x軸承和y軸承;右邊的氣缸是用于向垂直方向移動鏡頭的液壓電機。
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