光刻设备行业报告：光刻机（54页）

行业报告下载 2023年03月21日 06:24 管理员

集成电路工艺制程达到 0.25 微米后，步进扫描式光刻机的扫描曝光视场尺寸与曝光均匀性更具优势，逐步成为主流光刻设备。其利用 26mm x 8mm 的狭缝，采用动态扫描的方式（掩膜版与晶圆片同步运动），已经可以实现 26mm x 33mm 的曝光场。当前曝光场扫描完毕后，转移至下一曝光场，直至整个晶圆片曝光完毕。通过配置不同类型的光源（I 线、KrF、ArF，EUV），步进扫描光刻机可以支持所有集成电路工艺节点；但为满足高端工艺节点的性能要求，每一代步进扫描光刻机都历经了重大技术升级。例如：步进扫描式光刻机 26mm x 8mm 的静态曝光场相对较小，降低了物镜系统制造的难度；但其工件台与掩膜台反向运动的动态扫描方式，提升了对运动系统的性能要求。对此，荷兰 ASML 公司于 2001 年首次推出了双工件台，满足先进工艺的的速度、精度、稳定性要求。自 1990 年美国 SVGL 公司推出 Micrascan I 步进扫描光刻机以来，全球主流光刻机厂商均采用步进扫描光刻原理。这其中，DUV 步进扫描光刻机包揽 7 纳米及之前的全部工艺制程。在 1990 到之后的这近 30 年时间里，集成电路制造工艺水平已经发生翻天覆地的变化。而为了满足先进制程的各项要求，光刻机除了之前提到的双工件台外，还采用了多项其他重大革新。

更高端的工艺制程的集成电路，具有更小的线宽，这就需要光刻机具有更高的曝光分辨率。此时就需提到决定光刻分辨率的公式 R=K1・λ/Na。其中，K1 为工艺因子常数，与照明方式、掩膜类型、光刻胶显影性能等参数相关; λ为光源波长； Na 为物镜的孔径数值。光刻机不断提高物镜的孔径数值，并采用波长更短的光源来提高分辨率水平。SVGL 公司于 1993 年推出的 Micrascan II 型光刻机，采用 250nm 汞灯光源，分辨率为 350nm,孔径数值为 1.35。1995 年，日本尼康推出全球首台采用 248nm 的 KrF 光源的光刻机，分辨率达到 250nm；并于 1999 年推出首台采用 193nm 的干式 ArF 光源的光刻机 NSR-S302A，分辨率小于 180 纳米。在此之后，光源波长一直停滞在 193nm 水平，提升分辨率主要依赖改良物镜，提升孔径数值。针对如何进一步提升分辨率的问题上，各厂家产生技术争议。日本企业计划采用 157nm 的 F2 光源；荷兰 ASML 决定采用台积电研发副总监林本坚提出的，在物镜镜头和晶圆之间增加去离子水增大折射率的设想。ASML 于 2004 年推出首台浸没式光刻机（ArFi）TWINSCAN AT 1150i，获得客户迅速认可，市场份额得以快速攀升。

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