【消費電子實驗室-2021/8/24】據 ASML 官方介紹，從光源開始，沿著光路包括照明模組、投影物鏡模組以及浸潤式光刻之外還有另一個“大神”，它聚集了光刻機中最重要的運動部件，是系統(tǒng)的機械“心臟”，它就是晶圓平臺模組（Wafer stage module）。

ASML 表示，在這樣一個爭分奪秒的行業(yè)里，時間就是金錢。ASML 也一直在追求光刻機極致的速度，目前最先進的 DUV 光刻機，每小時可以完成 300 片晶圓的光刻生產。

換算一下，完成一整片晶圓只需要 12 秒，這還得扣除掉晶圓交換和定位的時間，實際光刻時間要更短。而一片晶圓的光刻過程，需要在晶圓上近 100 個不同的位置成像電路圖案，所以完成 1 個影像單元（Field）的曝光成像也就約 0.1 秒。

所以大家看到的動畫其實都是慢動作了。要實現這個成像速度，晶圓平臺在以高達 7g 的加速度高速移動。7g 加速度是什么概念呢？F1 賽車從 0 到 100km/h 加速約需要 2.5 秒，而晶圓平臺的 7g 的加速度，若從 0 加速到 100km/h 只要約 0.4 秒。

據消費電子實驗室了解，光刻機的準，是包括水平方向和垂直方向的。在水平方向上，芯片制造是一層層向上疊加的，最高可達上百次疊加。

每一次的疊加，都必須和前一次完美重疊，重疊的誤差，稱為套刻精度（overlay），現在的要求已經到了 1~2 納米。而晶圓從傳送模組傳送并放置在晶圓平臺上，會產生一定的機械誤差，而精密機械的誤差是微米等級（1 微米 = 1,000 納米），也就是說每片晶圓上了晶圓平臺，總是有個數千納米以上的偏移。

要怎么才能做到每次的疊加套刻精度在 1~2 納米呢？

從垂直面上，由于光刻機的投影物鏡太巨大，在對焦點上下可接受的清楚影像范圍小于 100 納米。而從微觀的角度來看，晶圓表面是高低不平的，若累加晶圓平臺的高低差，在晶圓表面不同位置的光阻高度可以相差 500~1,000 納米。

這些巨大的偏移和高低差，使得每次曝光之前，必須針對每片晶圓做精密的量測，截取到晶圓每一個區(qū)塊納米等級的微小誤差。在曝光階段實時校正，達到納米等級的準度。

雙晶圓平臺也是 ASML 光刻機為了同時達到快和準所發(fā)展出來的。精準量測不可少，但需要花不少時間，雙晶圓平臺在一個晶圓平臺在給晶圓進行曝光時，另一個平臺可對下一片晶圓進行量測校正。實現測量和曝光的無縫銜接，極大地提高了生產效率。

在保證了快和準之后，還要考慮到機臺的穩(wěn)定程度。

光刻機以極高的加速度進行掃描曝光（scan）, 在不到 0.1 秒的時間，又要急停并回頭往反方向掃描，這么大的力量如果不做控制，會讓整機產生振動，是不可能達到完美成像的。ASML 光刻機利用所謂的 balance mass 來吸收平衡晶圓平臺所施加于機座的反作用力，完美平衡，整座機臺完全靜止，穩(wěn)如泰山。

晶圓在量測端完成了極精密的量測，還需要在極短的曝光時間內，完美定位，這就要靠精密機械運作，和實時的定位校正了。ASML 光刻機可實現每秒兩萬次量測定位校正，以精度達到 60 皮米（0.06 納米，比一個硅原子還要小）的傳感器確認精準定位。

ASML 最先進的 DUV 光刻機，每天可以光刻 6,000 片以上的晶圓，也就是每天要來回掃描 60 萬次以上。如何做到 24 小時運作，365 天全年無休，依然維持納米精度？晶圓平臺難道不會磨損嗎？事實上晶圓平臺是采取所謂無接觸移動的。講得玄一點，晶圓平臺在成像掃描過程中，都是飄浮在空中快速來回運動的。ASML 晶圓平臺的懸浮技術有兩種，Twinscan XT 的氣浮方式和新一代 Twinscan NXT 的磁懸浮方式。借由無接觸的移動方式，達成極高速的運動和持久穩(wěn)定的運作。