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95后本科生DIY低成本微米级光刻机

时间:2020-07-11 作者:网络整理 阅读:
最近,B站上一位本科生自制光刻机的视频火了。是的,你没听错,大连理工大学化工学院的学生彭译锋,竟然凭着一张图纸成功在家里搭建了纳米级光刻机,还成功光刻出75微米(μm)的孔径。
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2020年,美国的打压让所有国产芯片厂商意识到了半导体制造设备的重要性。给华为生产芯片的代工厂只要涉及美国技术和设备,都必须经美国同意,而整个芯片生产流程中,最让国人头疼的还是光刻机。LPGEETC-电子工程专辑

作为芯片制造中最重要的一环,光刻机占据了芯片成本的1/3以上,可以说是集成电路生产线中最昂贵复杂的核心设备,光刻机制造也因此被誉为工业上的皇冠。LPGEETC-电子工程专辑

最近,B站上一位本科生自制光刻机的视频火了。是的,你没听错,大连理工大学化工学院的学生彭译锋,竟然凭着一张图纸成功在家里搭建了纳米级光刻机,还成功光刻出75微米(μm)的孔径LPGEETC-电子工程专辑

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截图自bilibili,下同LPGEETC-电子工程专辑

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”。大概长这个样子,非常接地气了。     LPGEETC-电子工程专辑

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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。LPGEETC-电子工程专辑

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小彭同学拿到图纸第一反应:这不是两台显微镜嘛?LPGEETC-电子工程专辑

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75μm工艺是在1cm的研究上研究出来的,当时由于时间有限,所以他之前完成了一层,真正量产的芯片不止一层,这里是做一个简单的示范。     LPGEETC-电子工程专辑

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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。LPGEETC-电子工程专辑

目前的研究成果他大概花了半年自己琢磨出来的,最早的兴趣来自高中的时候,那个时候还没有视频和资料,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!LPGEETC-电子工程专辑

专业技术,超低成本,挑战自制光刻机的极限

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。LPGEETC-电子工程专辑

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。LPGEETC-电子工程专辑

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。 LPGEETC-电子工程专辑

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还有悬涂设备,用来悬涂比较大的设备。用显微镜改装成微缩光刻机,用普通的镜头先对焦,对焦好以后再用光刻的镜头进行操作LPGEETC-电子工程专辑

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。     LPGEETC-电子工程专辑

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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Bug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、显影液就准备自己调试一下。LPGEETC-电子工程专辑

由于光刻胶的瓶子都是日本进口的,小彭同学不禁感叹: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LPGEETC-电子工程专辑

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,配上某臣氏的蒸馏水,虽然不是链子级别的超纯水和去离子水,但是蒸馏水也能凑合。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。     LPGEETC-电子工程专辑

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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。把玻璃片进行悬涂之前,要用氮气除去表面的灰尘。     LPGEETC-电子工程专辑

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再开始滴一些光刻胶,就可以开始悬涂了。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。LPGEETC-电子工程专辑

悬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。LPGEETC-电子工程专辑

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。LPGEETC-电子工程专辑

然后进行对焦,就可以开始光刻了。LPGEETC-电子工程专辑

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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。LPGEETC-电子工程专辑

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。LPGEETC-电子工程专辑

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。显像的位置不是很明显,只能看到一片玻色显影。       LPGEETC-电子工程专辑

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如果要看详细的,只能在显微镜下面看,有的地方是被腐蚀得不是很好。并在中等位列的情况下,是可以看到做出来的效果还可以,黑影的位置是在刚刚处理得不够充分,还缺少一些腐蚀时间。 LPGEETC-电子工程专辑

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最高分辨率的情况下,一个点的结构:   LPGEETC-电子工程专辑

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根据对孔径的测量,大概是75μm的直径。   LPGEETC-电子工程专辑

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网友评论:用最简陋的设备尝试最有趣的事

目前,小彭同学的视频在b站上已经有了20万的播放量。网友们对此评价也相当高。有的网友劝小彭同学毕业后直接去上海微电子应聘,评论区也有博世精密大佬邀请他一起合作研发。LPGEETC-电子工程专辑

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中国何时能摘取这只“工业上的皇冠”?

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。LPGEETC-电子工程专辑

看着步骤挺多,但是再看看制作工序,其中的第二步就是光刻,光刻机技术一直被誉为“工业之光”、“工业上的皇冠”。LPGEETC-电子工程专辑

目前国内最先进的光刻机技术在上海微电子的,国产光刻机精度大约是28纳米,中芯国际目前掌握的半导体工艺为14纳米,而华为目前所需的移动处理器先进工艺为5纳米和7纳米。LPGEETC-电子工程专辑

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。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日以继夜地进行苦心钻研,早日国产化,是我们每一个中国人的心愿。     LPGEETC-电子工程专辑

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就像小彭同学在评论里说的那样: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-75μm工艺,只为唤醒更多后浪们对科技的追求和探索!我们也祝他,早日梦想成真。LPGEETC-电子工程专辑

原视频链接:https://www.bilibili.com/video/av883700060/LPGEETC-电子工程专辑

责编:Luffy LiuLPGEETC-电子工程专辑

本文综合自Bilibili、人民网、大数据文摘报道LPGEETC-电子工程专辑

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