全球首台!苏大维格大型紫外3D直写光刻设备iGrapher3000投入运行

  YPS行业门户系统7月28日消息苏大维格科技官方宣布,大型紫外3D直写光刻设备iGrapher3000下线并投入工业运行。iGrapher3000主要用于大基板上的微纳结构形貌的3D光刻,是新颖材料、先进光电子器件的设计、研发和制造的全新平台,堪称为光电子产业基石性装备,为产业合作创造新机遇。

  从集成电路图形的平面光刻,迈向光电子的“微结构形貌”的3D光刻,iGrapher3000为新颖材料和功能光电子器件提供了先进手段,下图为iGrapher3000紫外3D光刻装备(110吋幅面,2500mmx1500mm)照片和微纳结构形貌SEM照片。

  此次安装在维业达科技有限公司黄光车间的iGrapher3000,首个工业应用项目是大尺寸透明导电膜的深槽结构微电路模具,并将用于大面积平板成像、柔性导电器件和全息显示与3D显示研发和产业化应用。

  面向大面积新颖材料与功能器件的需求,大型紫外3D光刻系统面临的挑战有:

  第一,表达“微纳结构形貌”的数据量极大,如,55吋幅面透明电路图形数据量约15Tb,相同尺寸平板透镜的微结构数据量>150Tb;

  第二,海量数据数据的运算、压缩传输与高速率光电转换技术;

  第三,三维数字光场曝光模式与作用机理;

  第四,微纳结构形貌的精确光刻工艺,包括3D邻近效应补偿、自适应3D导航自聚焦模式;

  第五,高速运动平台、紫外光机系统制造工艺与纳米精度控制技术。

  苏大维格科技介绍,苏大维格浦东林博士带领科研人员,十多年来一直开展3D光刻技术、纳米光刻硬软件、数据处理算法和精密控制技术研发。经多轮迭代,攻克了3D光刻重大瓶颈,研制成功以iGrapher3000为代表的系列紫外3D直写光刻装备并在工业界应用。

  YPS行业门户系统获悉,iGrapher3000率先在110吋幅面玻璃基板上实现连续面型微结构大面积平板器件,深度范围50nm~20微米;率先建立海量数据处理能力并转化成所设计的微纳结构形貌,涉及单文件数据量达600Tb;率先建立支持110吋光刻胶板厚胶制程(2微米~25微米),用于后继印版工业化生产。

  大面积3D光刻印版(110吋,自主制备,厚胶制程)

  iGrapher3000先进功能:

  13D矢量设计数据向微结构形貌转化先进算法与软件;

  2海量数据文件实时处理/传输/同步写入快速光刻;

  3大面积衬底实时三维导航自聚焦功能;双驱动龙门构架精密控制技术;

  4三维微结构形貌曝光邻近效应补偿;

  5大面积光刻厚胶板的制备工艺。

  在芯片、光电子、显示产业和科学研究中,光刻(lithography)属于基础工艺。高端光刻设备长期被国外企业垄断。

  苏大维格科技介绍,在芯片产业,光刻机有两种类型:第一种是投影光刻机(ProjectionLithography),将光掩模图形缩微并光刻到硅片上,制备集成电路图形,最细线宽达5nm,如ASML极紫外EUV投影光刻机。日本Nikon的i系列和Canon的FPA系列高精度步进投影光刻机;

  第二种是直写光刻机(DirectWritingLithography),用于0.25微米及以上节点的芯片光掩模版、0.18微米节点以下的部分光掩模制备(其余节点掩模,用电子束光刻EBL制备,约占25%),如美国应用材料公司(AM)ALTA光刻机;在显示面板行业,如瑞典Mycronic公司,Prexision10激光直写光刻系统,用于10代线光掩模制备,Nikon大型投影扫描光刻机(FX系列),用于将光掩模图形扫描光刻到大尺寸基板上,形成TFT电路图形。因此,IC集成电路、显示面板等领域,直写光刻机的作用是将设计数据制备到光刻胶基板上,成为光掩模,用于后道投影光刻复制。

  集成电路的2D图形

  上述两类光刻机均属于“平面图形”光刻机,用于薄光刻胶制程。无论直写光刻还是投影光刻,都是集成电路和光电子产业的关键装备。直写光刻属于源头型关键环节,称为PatternGenerator。

  苏大维格科技表示,本次投入运行iGrapher3000,“3D形貌“光刻属于厚胶工艺,主要用于光电子材料和器件的制备,作用是将设计数据制备到厚光刻胶基板上,成为具有三维形貌的纳米印版,用于后道压印复制。下图为用于3D显示的微结构形貌SEM照片。

  光电子器件的3D微结构SEM照片

  iGrapher3000强大3D光刻功能:以三维导航飞行扫描模式曝光,一次扫描曝光形成三维微纳结构形貌;支持多格式2D、3D模型数据文件,支持数百Tb数据量的光刻,写入速度大于3Gbps;具有数据处理/传输/写入同步的快速光刻功能;幅面:110英寸;光刻深度范围:50纳米~20微米@深度分辨率10nm,横向线宽>0.5微米@数字分辨率100nm@355纳米紫外波长,最快扫描速率1m/s。

  理论上,微纳结构形貌具有5维度可控变量,支持各种光场和电磁长调控材料与器件设计与制备。下图为iGrapher3000在大面积衬底上制备的各种用途的微纳结构形貌的SEM照片。

  作为对比,用于芯片极紫外投影光刻机(EUV),追求极细线宽(已达5nm),难度在于极端的精度控制和高产率(极紫外光源、运动平台和套刻精度),芯片的投影光刻,用光掩模图形缩微复制,不涉及海量数据处理等问题;用于光掩模的直写光刻设备(LDW),将规则电路图形转化为光掩模,形成显示TFT光掩模。与集成电路的薄胶光刻工艺不同,用于微纳结构形貌的3D光刻,追求形貌与相对排列精度(根据用途不同),难度在于海量数据处理与传输(数百Tb)、大面积的结构功能设计与先进算法、3D光刻与3D邻近效应补偿等保真度工艺等,深度范围:50nm~20微米,精度范围:1nm~100nm。可见,3D光刻机在功能与用途上,与以往2D光刻机有明显的不同。

  苏大维格科技称,iGrapher3000为新颖光电子材料与功能器件的研究和产业创新,开辟了新通道。主要用于大尺寸光电子器件、超构表面材料、功能光电子器件等在内的微纳形貌和深结构的制备,包括大尺寸透明电路图形、高精度柔性触控传感器、高亮投影屏、全息3D显示、MiniLED电路背板、高光效匀光板、虚实融合光子器件、大口径透明电磁屏蔽材料等。

  iGrapher3000也可用于平板显示产业和柔性电子产业的光掩模制备,并为高精度大口径薄膜透镜的设计制备提供了战略研发资源。

  下图为大尺寸柔性导电材料、大尺寸光场调控器件和大型miniLED背光的微电路背板。

  大尺寸柔性触控屏的微电路3D光刻制备

  miniLED高光效匀光板、大口径投影屏的3D光刻制备

  大尺寸miniLED背板与透明立体显示屏的3D光刻制备

  官方介绍,苏大维格光刻仪器事业部在光刻技术与设备领域研制了多种用于MEMS芯片的光刻设备MiScan200(8”~12”)、微纳光学的MicroLab(4”~8”)和超表面、裸眼3D显示、光电子器件研究的纳米光刻设备NanoCrystal(8”~32”)。这些新型光刻设备在企业和高等院所广泛应用,解决了我国多个领域研究中的卡脖子问题,为新型光电子器件、新材料、MEMS芯片和传感器件的研发提供了自主可控的先进手段。

  2020年1月10日,在国家科技奖励大会上,苏大维格承担的“面向柔性光电子的微纳制造关键技术与应用”成果,荣获国家科技进步奖二等奖。

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  关键词:光刻机,芯片

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