芯明天压电纳米技术如何帮助刻蚀机打造精度天花板-电子发烧友网

在半导体制造流程中，每一块纳米级芯片的诞生，背后都是一场在原子层面展开的极致精密较量。而在这场微观世界的“精密之战”中，刻蚀机堪称光刻机的最佳搭档，二者协同发力，推动着芯片制造的精密进程。它们的性能与协同水平，不仅奠定了芯片制造的精密基础，更从根本上左右着整个制程精度的发展方向与上限。

一、刻蚀机：芯片制造的“雕刻师”

芯片制造过程中，刻蚀技术是不可或缺的一环。刻蚀机在半导体制造中用于刻蚀工艺，其核心功能是选择性去除晶圆表面的特定材料层，将光刻工艺定义的光刻胶图案永久转移到下方的实际材料层（如硅、氧化物、金属等），最终形成芯片内部的晶体管、互连线、沟槽等关键结构。

刻蚀设备按照工艺的区别主要分为两大类：湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀一般采用化学溶液进行刻蚀，而干法刻蚀一般使用等离子体或特定气体进行刻蚀。目前为了追求更高的半导体制造精度，尤其是在先进制程，几乎都需要采用干法刻蚀。干法刻蚀的核心原理是：刻蚀机的反应腔中通入特定刻蚀气体，通过射频电源激发气体电离，形成等离子体后与晶圆表面的目标材料发生化学反应，并且将反应生成的产物去除，从而将光刻胶上的图案精确转移到下方材料层。

（注：图片来源于网络）

总结来说，刻蚀机和光刻机一样，是半导体芯片图案成型的关键设备，其精度直接决定芯片的集成度和性能。

二、刻蚀机精进路上的挑战

随着芯片制程从14nm迈向3nm、2nm，甚至未来更先进的节点，刻蚀的尺寸精度和形态控制逐渐逼近物理极限。

（注：图片来源于网络）

1.纳米级尺寸与边缘粗糙度：晶体管关键尺寸已缩小至几个纳米，并且刻蚀后图案的边缘粗糙度也需控制在纳米级别，否则可能会导致器件电流波动、性能不稳定。

2.刻蚀深度控制：刻蚀深度需精确到几纳米的级别，过度刻蚀会损伤下层材料，而刻蚀欠缺则会导致图案未完全转移，两者都会降低芯片良率。

3.均匀性控制：晶圆尺寸过大时，边缘与中心的距离较大，等离子体密度、气体流量、温度分布的微小差异都会导致刻蚀速率不均，需要保持纳米级的刻蚀均匀性。

4.定位与同步：刻蚀机的机械系统需实现亚纳米级的运动精度和长期稳定性，晶圆在刻蚀过程中需精准对齐光刻定义的图案。

（注：图片来源于网络）

三、芯明天压电纳米定位技术：刻蚀精度的“隐形守护者”

压电纳米定位技术的核心优势在于其纳米级分辨率、毫秒级响应速度的低能耗精密运动控制。

▲核心技术优势：

①纳米级分辨率：实现晶圆位移的纳米级控制，满足更小的步进需求。

②毫秒级响应：超快响应速度，可做到比传统制动快数十倍的动态补偿。

③稳定、抗干扰：刻蚀机工作时产生的机械振动、温度波动都可能影响定位精度，压电纳米产品的一体化刚性结构设计大幅度减少了振动传递，并且不受温度影响，实现漂移量最小化。

1.晶圆纳米级位移调节

刻蚀过程中的晶圆定位精度直接影响工艺效果。压电纳米定位台可进行多维精密角度调整，具有极高的定位精度和稳定性，响应速度快，能够确保晶圆与等离子体流的理想相对位置，消除因偏移导致的刻蚀偏差问题。

（注：图片来源于网络）

2.刻蚀形貌控制

面对芯片立体电路的刻蚀挑战，压电陶瓷促动器可以协助射频电极进行微调，实时修正等离子体束的位置，优化等离子体分布，实现刻蚀形状无损伤和线宽无畸变，满足芯片中关键结构的精准刻蚀要求。同时，高性能压电促动器的寿命超过十亿次往复循环，能够满足刻蚀机的长期量产需求。

（注：图片来源于网络）

3.刻蚀气体的微流控制

刻蚀气体的流量需精确到误差<0.1%的级别，并且需在毫秒时间内切换气体配方，如：从刻蚀介质层切换到刻蚀金属层等。这要求采用高精度的质量流量控制器（MFC），而质量流量控制器（MFC）内部阀门的响应时间也同样需要控制在毫秒级别，且长期使用后精度、稳定性要做到衰减最小化。

（注：图片来源于网络）

芯明天压电纳米定位台

P15系列压电纳米定位台是快速、高精度的二维及三维扫描和纳米定位台，具有非常高的定位精度。多种通孔尺寸可选。P15压电纳米定位台运动行程可达300μm/轴，它的内部采用有限元分析（FEA）优化的线切割挠曲铰链结构。FEA使其设计具有尽可能高的刚度，并使线性和角度跳动最小化。

特点

·二维或三维运动，行程300μm/轴

·无摩擦、高精度挠性导向系统

·可选配闭环传感器

·扫描平整度高

·多种通孔尺寸可选

·真空版本可选

技术参数

型号	P15.XYZ300S
运动自由度	X、Y、Z
驱动控制	3路驱动，3路传感
标称行程范围（0~120V）	240μm/轴
Max.行程范围（0~150V）	300μm/轴
传感器类型	SGS
通孔尺寸	66mm×66mm
闭环分辨率	8nm
闭环重复定位精度	0.1%F.S.
推/拉力	50N/10N
运动方向刚度	0.1N/μm
空载谐振频率	140Hz/170Hz/220Hz
闭环空载阶跃时间	60ms
承载能力（水平安装）	0.5kg
静电容量	XY10.8μF/Z13.2μF
材质	铝
重量	0.83kg

注：可定制超低温版本及超高真空版本。

芯明天六轴定位系统

H60系列六轴压电纳米定位台，是θx、θy、θz、X、Y、Z六轴运动工作台，通过六支压电促动器的并联协调伸缩实现空间内六个自由度的运动，台体结构紧凑，三种规格型号可供选择，闭环型号定位精度更高，适用于六自由度微操作、微电子精密加工、检测等应用。

特点

·六维θx、θy、θz、X、Y、Z轴运动

·大承载

·闭环定位精度高

·误差无积累

技术参数

型号	H60.XYZTR5S
运动自由度	X,Y,Z,θx,θy,θz
驱动控制	6路驱动，6路传感
X、Y轴标称行程范围（0~+120V）	±40µm
Z轴标称行程范围（0~+120V）	±28µm
θx,θy轴偏摆角度范围（0~+120V）	±0.65mrad（≈±134秒）
θz轴旋转角度范围（0~+120V）	±0.9mrad（≈±186秒）
传感器类型	SGS
θx,θy轴偏摆分辨率	0.4μrad
θz轴旋转分辨率	0.5μrad
X、Y轴直线分辨率	5nm
Z轴直线分辨率	3nm
闭环重复定位精度	0.1%F.S.
承载能力	5kg
工作温度范围*	-20~80°C
材质	钢、铝
重量	1100g