2020年，ASML出货了史上第一套干式NXT系统。这是第一套能够每小时处理超过300片晶圆的光刻系统——而这得益于该系统上的TWINSCAN平台。

20世纪90年代初，ASML首个PAS 5500光刻系统平台正式出货，同一时间，精密器械和干涉仪专家Bert van der Pasch也正在PAS平台的干涉仪系统和晶圆传送模组进行研究。

Bert van der Pasch（ASML研究员和光刻扫描仪位置检测系统专家）在飞利浦开启了自己职业生涯，并积累了深厚的光刻技术知识：“有一次我在研究光刻机的时候，遇到了七个dynamical shortcut问题。一般来说，很多人会采取调查其中一个，并在必要的时候进行更改的解决方式。但我们不会，我们决定一次性把七个问题全部修改了。”

Bert带领团队持续创新让PAS 5500一直处于领先地位，提供了当时行业领先的生产力和分辨率。但随着新时代到来，ASML意识到需要一个革命性的创新，助力客户的生产力实现下一个阶段的飞跃。

如同许多突破性的技术一样，回顾起来，解决方案其实很简单。图案在被曝光到晶圆前，必须对晶圆进行精准量测。量测和曝光都需要时间，从前我们致力于减少每个过程需要的时间来提升效率。为了节省更多时间，我们为什么不在测量一个晶圆的同时，对前一个晶圆开始进行曝光呢？

开创光刻技术的新时代

“这是一个有限的创新，但TWINSCAN架构的革命性之处在于两个平台的交换。”Bert解释，“这其中很多是正常的升级迭代，唯独如何调换两个晶圆平台非常不同，我们必须让这一步骤能够正常工作。”

就这样，TWINSCAN平台诞生了。TWINSCAN是第一个也是唯一一个具有双晶圆工作平台的光刻系统。晶圆被交替地装载到TWINSCAN平台上，当一个平台上的晶圆正在曝光时，另一个晶圆被装到二号平台进行对准和测量，然后两个平台交换位置，原来在二号平台的晶圆进行曝光，而一号平台的晶圆完成卸载。然后，新的晶圆被装载、对准和测量。

2001年，首个采用这种革命性技术的TWINSCAN双晶圆平台系统出货了。TWINSCAN AT:750T是一个KrF系统，使用波长为248纳米的光源，支持130纳米工艺的生产。不久，i-line 系统也引入了双晶圆平台，即TWINSCAN AT:400T；随后又引入了ArF系统，即TWINSCAN AT:1100，以跨越当下使用的光刻技术范围，让所有芯片层都能在新平台上曝光。

与早期的PAS 5500平台一样，ASML的持续创新为TWINSCAN平台的分辨率、套刻精度和产率提供了渐进式的改进——以平台升级、新系统升级和现场升级等不同方式。

2004年，随着从AT系统到XT系统的转换，TWINSCAN进行了第一次改进。XT系统比AT系统小25%，但具有相同或更好的性能。这使芯片制造商能够在同样大小的工厂里生产更多的芯片。

浸润式光刻技术让更小的尺寸变为可能

同年，ASML推出了第一个浸润式光刻系统：TWINSCAN AT:1150i。浸润式光刻技术通过在透镜和晶圆之间增加一层超纯水来增加透镜的数值孔径（NA）——衡量其收集和聚焦光线能力的指标。在传统的干式光刻技术中，NA只能达到约0.93，浸润式光刻技术让NA达到1.35成为可能。

“浸润式光刻技术是一场革命的改变。”Bert说，“刚开始你会一定会怀疑，这真的能实现吗？”

更高的NA使光刻系统能够以相同的光波长提供更好的分辨率和聚焦深度，从而更容易制造更小尺寸的芯片。这为触摸屏和蓝牙等现代技术的出现铺平了道路，同时也让笔记本电脑比传统个人电脑更加普及。

双重曝光的出现

在2000年左右，芯片制造商使用的浸润式ArF系统逼近了传统光刻技术的分辨率极限。然而，芯片制造商对缩小芯片尺寸的需求并没有消失。

在此期间，业界开始探索一种被称为“双重曝光”（也称为“多重曝光”）的方法，即把一个复杂的图层图案分割成两个（或更多）较简单的图案，可以分别进行曝光从而制造出原始图案。

顾名思义，双重曝光需要两倍的曝光步骤，并且能够将两个图案极其精密地对准。为了使其成本可控且具有可行性，光刻系统必须变得更快、更精确。这使得TWINSCAN开启了又一次重大改进：NXT平台，一个完全重新设计和明显更轻的晶圆平台。

就像当年忙于研发PAS 5500的日子一样，面对着客户生产需求的压力，ASML选择了一种革命性的方法。

第一套NXT系统TWINSCAN NXT:1950i于2008年推出，其生产率提高了30%，达到每小时200多片，同时还将套刻精度提高到2.5纳米。如今，领先的NXT浸润式系统可以每小时处理295片晶圆，套刻精度可达1纳米。

历史上，光刻系统分辨率的巨大飞跃来自于所使用的光的波长的改变。浸润式光刻技术和多重曝光光刻技术在一段时间内改变了这一趋势，使芯片制造商能够保持他们的产品路线图，研发更小更先进芯片，即采用熟悉的ArF光刻技术过渡到许多新的技术节点。

当然，干式光刻技术也没有被淘汰

众所周知，光刻技术的创新往往集中在尖端领域，为支持更小线宽尺寸的芯片关键层创造新的系统。

事实上，关键层和尖端的光刻系统只占构成现代芯片的一百多层中的一到两层。芯片制造的大部分层使用成熟的光刻技术来曝光较大的线宽尺寸。对于这些层，速度更为关键，而最快的光刻系统采用了TWINSCAN NXT平台。

随着浸润式NXT系统越来越多地用于次关键层，ASML决定将NXT平台扩展出用于次关键层的“干式”技术。于是，TWINSCAN NXT:1470——第一个在产品上实现套刻精度优于4.5纳米的干式系统，成为了第一台能够每小时处理超过300片晶圆的光刻机。

TWINSCAN双晶圆平台已经度过了正式商用的20周年，它所取得的成绩有目共睹，持续助力解决半导体行业发展的各种挑战。2020年，我们庆祝了第100台翻新的TWINSCAN，这也是ASML持续发展循环经济的承诺。作为业界领先的光刻平台，TWINSCAN的不断发展将继续帮助芯片制造商提高性能，降低芯片生产的整体成本。

“市场期待我们表现得越来越好，生产出越来越好的产品。”Bert说，“值得庆幸的是，我们员工和上世纪90年代一样——永远保持精力充沛，致力于做出一些改变，优化它并使它发挥作用。这是ASML的文化，也是我们每一个员工在ASML工作感到自豪的起点。”

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