高精度温度采集板设计开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究背景、目的及意义

芯片制造是我国集成电路产业的核心基础[1],芯片制造有芯片设计、晶片制作、封装制作与测试几个环节,其中十分重要且工艺复杂程度最高的是圆晶制造环节。我国的圆晶代工厂目前最先进的制程为14/28nm,与全球领先的7nm甚至是5nm制程相差甚远,并且我国的圆晶代工厂的高端设备多依靠进口。与圆晶代工厂的情况类似的是,我国半导体其他工艺过程的设备也很依赖于进口。2016 年中国大陆半导体设备的市场规模为72.88 亿美元,比2015 年增长36.1%。其中进口设备的市场规模为64.6 亿美元,同比增长31.8%,占总规模的88.6%[2]。由此可见,我国半导体设备的市场份额很少,并且高度依赖进口,这个问题有如燃眉之火。假如国际形势严峻,外部技术封锁,将会给我国的智能制造业造成巨大的打击。

圆晶制造环节需要很多复杂的设备,在其中光刻机显得尤为重要。随着集成产业的不断发展,需要将越来越多的电子元件集成在更小的芯片上,因此刻蚀在芯片上的线宽将变得越来越窄,目前193nm的ARF步进扫描投影光刻机已经广泛应用在90nm的制造过程中,但分辨率跨越90nm之后,现有的干式光刻机已经不能满足需求,在此基础上,浸没式光刻机夺目而出,浸没式光刻机可以达到更高的精度。根据国际半导体技术蓝图ITRS2005,未来半导体技术会达到65nm、45nm、32nm甚至22nm节点,现有浸没式光刻机将会无法满足要求,为了走在时代的前沿,作为关键技术,研发自主知识产权的高精度高性能光刻机是急待完成的。《中国制造2025》对于半导体设备国产化提出了明确要求:在2020年之前,90~32 nm工艺设备国产化率达到50%,实现90 nm光刻机国产化,封测关键设备国产化率达到50%;在2025年之前,20~14 nm工艺设备国产化率达到30%,实现浸没式光刻机国产化;到2030年,实现450 mm工艺设备EUV光刻机封测设备的国产化[3]

浸没式光刻机与干式光刻机不同的是其在投影物镜与硅片上的光刻胶之间加一层高折射率的液体,通过液体的折射率增加刻蚀分辨率,想要充分实现其高性能则需要满足投影物镜对于环境要求的苛刻性,浸没头的温度稳定性指标≤0.01℃/30s,实际工况是在20℃-24℃de范围内,采集精度达到0.001℃。面对如此高精度的温度控制精度,需要与之对应的高精度温度测量系统,一般来说,检测系统的精度高出控制系统精度一个级别即可,即采集精度需要达到mk级别。国内的产品精度大多保持在K级别,不能满足生产需求,而国外的高精度采集产品都以仪器的形式进行封装,价格昂贵同时体积较大,由于设备体积空间限制,不能集成在光刻机设备中。因此,自主研发一款高精度、低成本、可集成同时拥有自主知识产权的温度采集设备势在必得,只有满足了温度测量的精度要求,才能完成后续对光刻机的顺利开发。

因此本毕业设计的目的在于,研究开发一款高精度、低成本、方便集成的温度采集模块,实现在一定温度范围内的高精度温度采集,对高精度的温度控制以及高精密仪器的后续研发打下坚实的基础。

同时,本研究的对象并不只是光刻机,面对国家的高精尖技术不断发展,高精密仪器的不断研发,高精度的温度测量仪器必不可少。比如超精加工机床本身的刚性、热稳定性的问题十分突出[4],在高精密仪器的生产过程中,大部分误差都是由机床的热变形引起的,而精确控制温度的前提是精确测量温度,所谓“技术要发展,计量要先行” [5]。因此,研发高精度的温度测量与控制系统是一个国家走向工业强国的必然之路。

1.2温度采集的基本原理

温度是国际单位七个基本物理量之一[6],其测量方法有很多种,如图1所示的几种方法基本可以概括现在的所有测量方法。

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