ASML 101 | “快而准”——走进光刻机的全能机械心脏

在上一期 ASML101 中，我们为大家介绍了由透镜和反射镜组合而成的极致精密的光学系统，以及ASML在透镜设计领域的创造之举——浸润式光刻。正是不断创新的高质量光学系统才使得线宽缩小成为可能，进而帮助芯片制造商生产更为先进的芯片。

但是，线宽缩短仅仅是光刻机革新的目标之一。面对日趋增长的芯片产量需求，如何在保证良率的同时提高生产效率，也成为光刻机日渐重要的性能指标。

本期 ASML101，我们将带领大家走进芯片生产“快而准”的世界，去一探ASML光刻机实现效率和良率统一的秘诀。

比喷气式战斗机加速度还快的磁悬浮晶圆平台？可实现每秒2万次量测定位校正、精度达到60皮米（0.06纳米， 比一个硅原子还要小）的传感器？这些都是ASML光刻机精密机械的一部分。

在半导体行业，时间就是金钱。一片晶圆的光刻过程，在将晶圆送入光刻机后，需在晶圆上近100个不同的位置成像电路图案，再将晶圆送出光刻机。ASML光刻机每小时可以完成275片晶圆的光刻生产。要实现这一产能，磁悬浮晶圆平台可将晶圆固定，并在不引起关键部件振动或加热的前提下，以高达7g的加速度高速移动。

第七讲

“快而准”——走进光刻机的全能机械心脏

晶圆平台的创新

晶圆平台聚集了光刻机中最重要的运动部件，是系统的机械 “心脏”。ASML的光刻机可同时移动两个晶圆平台，当一个晶圆平台在给晶圆进行曝光时，另一个平台可对下一片晶圆进行量测校正。这种双平台系统结构被称为TWINSCAN，于2000年由ASML首次推向市场。自推出以来，TWINSCAN平台大幅提升了生产速度，彻底革新了芯片生产的经济成本。

2008年，ASML的NXT TWINSCAN平台在速度和精度方面实现了另一个重大改进。该平台采用创新材料，重量更轻，并通过全新的磁悬浮系统进行移动，速度更快，精度更高。

自动化传送机械

自动化传送机械包括两个模组，它们对光刻系统的整体生产力和精度也做出了巨大贡献。一个被称为晶圆传送模组，将晶圆送进和送出系统，而另一个被称为掩模版传送模组，对每批晶圆使用的掩模版进行同样操作。不同电路层需要更换不同的掩模版，以及传送每小时对超过275片晶圆，这都意味着这些模组必须快速且精确地执行拿起、移动和放置等动作，不能损坏或弯折脆弱的晶圆或掩模版。

超高速下的同步

当图案在晶圆上成像时，掩模版沿着一个狭窄的光缝平滑移动，每次只曝光图案的一小部分；同时，晶圆向相反的方向平稳移动，以捕捉整个图案，二者的运动必须完全同步。由于掩模版的图案比晶圆的图案大，它的移动也更远、更快，可达到150m/s²的加速度，相当于在0.1秒内实现汽车的百公里加速。晶圆和掩模版以5g和15g的加速度向相反方向移动，在纳米和纳秒量级实现二者运动过程的同步，而不引起任何振动，对芯片生产来说至关重要。

至此，相信大家已经对ASML光刻机强大的产能和精度有了更深入的了解。但是，提高芯片生产的精度与良率还离不开另一项先进技术的加持——基于衍射的光学量测和电子束量测，我们也将在下一期为大家揭晓。

敬请期待！

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