阿斯麦 ASML 最先进 DUV 光刻机有多快：12 秒完成一整片芯片晶圆

IT之家 8 月 24 日消息 据 ASML 官方科普，从光源开始，沿着光路包括照明模组、投影物镜模组以及浸润式光刻，另外在光刻机内，还有另一个“大神”，它聚集了光刻机中最重要的运动部件，是系统的机械“心脏”，它就是晶圆平台模组（Wafer stage module）。

ASML 表示，在这样一个争分夺秒的行业里，时间就是金钱。ASML 也一直在追求光刻机极致的速度，目前最先进的 DUV 光刻机，每小时可以完成 300 片晶圆的光刻生产。

换算一下，完成一整片晶圆只需要 12 秒，这还得扣除掉晶圆交换和定位的时间，实际光刻时间要更短。而一片晶圆的光刻过程，需要在晶圆上近 100 个不同的位置成像电路图案，所以完成 1 个影像单元（Field）的曝光成像也就约 0.1 秒。

所以大家看到的动画其实都是慢动作了。要实现这个成像速度，晶圆平台在以高达 7g 的加速度高速移动。7g 加速度是什么概念呢？F1 赛车从 0 到 100km/h 加速约需要 2.5 秒，而晶圆平台的 7g 的加速度，若从 0 加速到 100km/h 只要约 0.4 秒。

IT之家获悉，光刻机的准，是包括水平方向和垂直方向的。在水平方向上，芯片制造是一层层向上叠加的，最高可达上百次叠加。

每一次的叠加，都必须和前一次完美重叠，重叠的误差，称为套刻精度（overlay），现在的要求已经到了 1~2 纳米。而晶圆从传送模组传送并放置在晶圆平台上，会产生一定的机械误差，而精密机械的误差是微米等级（1 微米 = 1,000 纳米），也就是说每片晶圆上了晶圆平台，总是有个数千纳米以上的偏移。

要怎么才能做到每次的叠加套刻精度在 1~2 纳米呢？

从垂直面上，由于光刻机的投影物镜太巨大，在对焦点上下可接受的清楚影像范围小于 100 纳米。而从微观的角度来看，晶圆表面是高低不平的，若累加晶圆平台的高低差，在晶圆表面不同位置的光阻高度可以相差 500~1,000 纳米。

这些巨大的偏移和高低差，使得每次曝光之前，必须针对每片晶圆做精密的量测，截取到晶圆每一个区块纳米等级的微小误差。在曝光阶段实时校正，达到纳米等级的准度。

双晶圆平台也是 ASML 光刻机为了同时达到快和准所发展出来的。精准量测不可少，但需要花不少时间，双晶圆平台在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。实现测量和曝光的无缝衔接，极大地提高了生产效率。

在保证了快和准之后，还要考虑到机台的稳定程度。

光刻机以极高的加速度进行扫描曝光（scan）, 在不到 0.1 秒的时间，又要急停并回头往反方向扫描，这么大的力量如果不做控制，会让整机产生振动，是不可能达到完美成像的。ASML 光刻机利用所谓的 balance mass 来吸收平衡晶圆平台所施加于机座的反作用力，完美平衡，整座机台完全静止，稳如泰山。

晶圆在量测端完成了极精密的量测，还需要在极短的曝光时间内，完美定位，这就要靠精密机械运作，和实时的定位校正了。ASML 光刻机可实现每秒两万次量测定位校正，以精度达到 60 皮米（0.06 纳米，比一个硅原子还要小）的传感器确认精准定位。

ASML 最先进的 DUV 光刻机，每天可以光刻 6,000 片以上的晶圆，也就是每天要来回扫描 60 万次以上。如何做到 24 小时运作，365 天全年无休，依然维持纳米精度？晶圆平台难道不会磨损吗？事实上晶圆平台是采取所谓无接触移动的。讲得玄一点，晶圆平台在成像扫描过程中，都是飘浮在空中快速来回运动的。ASML 晶圆平台的悬浮技术有两种，Twinscan XT 的气浮方式和新一代 Twinscan NXT 的磁悬浮方式。借由无接触的移动方式，达成极高速的运动和持久稳定的运作。

ASML 结合了精准量测、精密机械、精准定位、光与磁的掌握，以及水的完美运用，一步步打造出了独步全球的光刻机，从而让摩尔定律得以延续。

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