
多年来,DMG MORI持续支持半导体行业的公司,为这些公司提供创新的生产解决方案。
1、总 论
▶ 知识共享中心打造出高品质零部件
光刻系统是微芯片和集成电路(IC)的关键生产装备。为此,光刻系统的生产必须满足多方面的严苛要求,包括零部件质量、精度和材料纯度。半导体行业需要始终探索创新的生产解决方案,以持续优化工艺。进而实现精密零部件生产的更高质量和更高经济性。芯片的功率密度持续增加,其生产的要求也随之提高。“知识共享中心(KSC)”是一个共享的样板项目,DMG MORI与ASML通过高质量零部件,成功展现了这类零部件如何可持续的优化。
ASML是半导体行业光刻系统的领先制造商,为知识共享中心(KSC)贡献了海量的专有技术知识。DMG MORI自身在复杂、精密零部件的加工领域拥有丰富的经验,包括在半导体行业和其它行业的零部件。结合DMG MORI丰富的经验及现代化的生产技术,KSC孕育了创新的生产制造解决方案,助力半导体行业的生产企业在未来继续保持竞争优势。
2、行业技术
▶ 芯片性能更高,要求更严格
半导体是电子行业中的重要组成部分。半导体行业的主要产品是微芯片和集成电路(IC)。在计算机、智能手机、平板电脑、电视等众多电子设备上,这些产品都是核心元器件。
光刻系统同样如此。光刻工艺是在半导体材料上形成十分精细的微结构图案,例如在硅材料上。光刻工艺决定所生产芯片上电路的分辨率。这些结构越精细、越精准,芯片上可集成的晶体管数量就越多。

光刻是在半导体材料上,例如硅材上,制成极其精密的图案。光刻图案决定芯片上可制作电路的分辨率
光刻种类有多种。长期以来,光刻技术一直是一项十分关键的技术。光刻过程中,利用紫外(UV)光对半导体表面的光敏涂层(光刻胶)进行曝光。
随后,通过对已曝光的光刻胶进行显影,将电路图案转移到芯片上。
近年来,半导体技术的需求不断提高,特别是需要更小线宽和更高集成度。例如,极紫外光(EUV)光刻技术透过超短波长的光束在硅晶圆上制造更小、更复杂,且性能更高的电路。荷兰ASML公司是此技术的开拓者并将此技术商品化。ASML公司为芯片制造商提供光刻系统所需的全部,包括硬件、软件和服务。
▶ 跨领域优化,零部件合作的成功典范
ASML研发生产光刻系统,特别是极紫外(EUV)光刻机,这是精密生产领域的非凡产品。光刻系统涉及多种标准,包括零部件、接口和通信协议标准。每个零部件和每个加工件都很重要。工艺的高可靠性和高可重现性同等重要。

ASML研发生产光刻系统,特别是极紫外(EUV)光刻机,这是精密生产领域的非凡产品
正是在这一背景下,ASML联合DMG MORI共同设立了知识共享中心(KSC)。目的是优化复杂的典型零部件的铣削工艺,双方的机械工程和应用技术领域的资深工程师进行跨领域合作,共同优化工艺并将工艺成果标准化。
3、采用的技术
▶ 以5轴铣削为核心工艺
工艺优化的目的在于提高生产效率和经济性。优化途径包括:简化工序、采用更现代化的生产设备、整合更多功能,或改进工艺以减少浪费,从而实现优化的目的。
大部分工件都是在5轴铣削加工中心上进行机加工生产。这些加工中心适配性好,可充分满足复杂工件的生产需求。但是,加工时间通常较长,相应地加工成本较高。
然而,通过简化某些设计细节可以缩短加工时间。在合作项目中,这些设计细节正是双方需要共同确定的内容。为此,光刻系统上的多个功能特性体现了ASML与DMG MORI在高质量零部件领域的合作成果。
ASML选定的设计团队定义高质量零部件的初始设计,然后交给DMG MORI评估其可行性。经过DMG MORI的应用工程师与ASML的设计工程师在联合讨论会上进行讨论、论证并调整优化,最终确认了该高质量工件设计方案。
为实际体现高质量零部件优化设计的优势,DMG MORI在5轴铣削加工中心上进行加工。由于形状复杂和需要使用专用刀具,三次试切后达到了理想的加工效果。通过加工过程分析,并在视频中将其文档化和汇总,并制作成培训材料。ASML与DMG MORI在最终讨论会上,展示了所有优化的成果。
这些光刻系统的零部件不仅在几何精度方面要求严格,零部件材料的纯度也同样重要。在半导体行业,材料的纯度至关重要,材料和加工中的任何微小杂质都将影响微芯片的功能。因此,无论是微芯片工厂还是工厂中的设备,都必须严格遵守材料纯度标准。部分情况下,可以损失一些精度,但材料纯度不允许任何妥协。
▶ 光刻系统的零部件
光刻机上需要的铣削零部件尺寸从10 mm到6 m不等。较小尺寸的零件通常应用于精细结构部件,对加工精度和结构紧凑性要求极高。例如,接头、阀门或其它组件的支架等。小件通常需要使用特殊的精密加工技术,精度需达微米级。而光刻机和光刻系统中的大件需要高稳定性、高承载力和坚固耐用。
要生产大件,通常需要使用重型机床和精密数控铣削加工中心。无论是小件还是大件,精度都十分关键。 生产期间需要严格遵守公差要求,公差要求取决于工件尺寸和功能。
需要特别指出的是,无论尺寸大小,各类工件件对光刻系统的正常运行都具有决定性作用。不同尺寸工件的优化设计与制造,是保证设备质量和性能的关键因素。
▶ 材料
半导体行业中的光刻系统生产需要使用不同的材料。以下是其中的部分材料。
● 精密机械零部件
高质量金属,例如钛、不锈钢和铝合金,用其生产光刻系统的精密零部件。这些零部件关系到系统内部零部件的精密定位和运动。
● 光学器件
光刻系统中的光学器件包括不同玻璃和光学镀膜,以确保光束的正确聚焦和受控。光源用于光掩模版的曝光,以将电路图案转移到晶圆上。在半导体制造中,通常使用高压汞灯或专用光源。光掩模版是一块玻璃板,在此板上曝光电路图案。其中含专用的遮光膜和材料,以正确转移图案。这些材料包括玻璃、石英、陶瓷和Zerodur。DMG MORI的UlTRA-SONIC超声加工机床特别适用于加工这些材料。

床身和机架是光刻系统的基础结构
▶ 生产制造
● 大小不同的核心零部件
要生产光刻系统,必须制造不同的各种零部件,这些零部件相互配合进行光刻加工。光刻系统含以下关键组件:
曝光系统:曝光系统输出所需波长和光强的光束。其组成部件包括光源、光学器件、滤光片等其它部件,以产生所需的曝光图案。
床身和机架:这些部件是光刻机的基础结构。它提供光刻加工所需的稳定性和精度。
定位系统:定位系统用于在曝光系统与晶圆基底之间进行精密的相对运动。定位系统关系到曝光图案的找正和定位。
光学器件:光学器件包括透镜、反光镜和光阑,用于控制光束,以便在晶圆基底上实现所需的图案。
曝光工作台:曝光工作台在曝光系统与晶圆基底之间运动不同的距离,从而控制景深和聚焦。
控制电路和软件:这些电子器件控制运动、曝光及其它工艺步骤。
真空或气体环境(可选):部分情况下,可能需要在受控环境下执行部分类型的光刻加工,例如在真空腔中涂敷光刻胶。
测量和检测系统:这些组件包含摄像头、传感器和其它仪器,用于监测和检查光刻加工质量。
冷却系统:有时需要冷却光刻系统,以确保达到理想的性能和精度。
特定的零部件及其功能取决于特定类型的光刻系统(例如,光学光刻,X射线光刻,电子束光刻等)。而且,这些零部件中的大部分都由不同的供应商制造,光刻系统制造商进行组装。
4、结论与展望
▶ 在半导体行业广泛的工艺优化
通过知识共享中心(KSC),DMG MORI和ASML加强合作,加深对光刻系统严苛制造工艺的认识。简言之,半导体行业不断追求材料的高纯度和合理的零部件设计,以实现工艺的标准化和简化,进而实现半导体器件的更高效率和更高性能。只有这样才能满足电子行业不断增长的旺盛需求。
DMG MORI将继续提供创新的生产解决方案,以及设计周到的工艺,不断及可靠地满足这些未来需求。DMG MORI助力客户不断提升半导体行业业务或开拓未来可期的新市场。
文章来源:DMG MORI
图片来源:DMG MORI
转载平台:企业供稿
责任编辑:朱晓裔
审 核 人:李峥
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