光刻机在“刻”什么？

揭秘前，先来回顾一下知识点。在5月光刻小讲堂“芯片的诞生”中，同学们可以了解到，芯片制造流程其实是多道工序将各种特性的材料打磨成形，经循环往复百次后，在晶圆上“刻”出各种电子特性的区域，最后形成数十亿个晶体管并被组合成电子元件。那光刻，整个流程中的一个重要步骤，其实并没有真的在“刻”啦，这步骤叫“微影制程”，是将光罩上具有各种电子特性的区域图即电路图形，微缩并曝光成像在晶圆上，为流程中的后续步骤在晶圆上打好蓝图。

聪明如你，此时一定会说：这不就是拍照咯？

光刻机VS照相机

是的！光刻机本身的原理，其实和相机非常相似，同学们可以把光刻机就想成是一台巨大的单反相机。相机的原理，是被摄物体被光线照射所反射的光线，透过相机的镜头，将影像投射并聚焦在相机的底片（感光元件）上，如此便可把被摄物体的影像复制到底片上。

而ASML光刻机在做的光刻，我们称之为微影制程，原理是将高能雷射光穿过光罩（reticle），将光罩上的电路图形透过聚光镜（projection lens），将影像缩小十六分之一后成像（影像复制）在预涂光阻层的晶圆（wafer）上。

对比相机和光刻机，被拍摄的物体就等同于微影制程中的光罩，聚光镜就是单反镜头，而底片（感光元件）就是预涂光阻层的晶圆。

原理讲清楚了，要正式开箱啦！咱们一起来看看这个超级大单反的“内馅”吧

光刻机的核心硬件

照明光学模组

紫外光从光源模组（Source）生成之后，被导入到照明模组（lllumination module），在这里，要检测及控制光的能量、均匀度、以及光的形状，光穿过光罩后，聚光镜(Projection Lens)将影像聚焦成像在晶圆表面的光阻层上。

光罩模组

光罩模组可分为光罩传送模组（Reticle Handler）及光罩平台模组（Reticle Stage)。光罩传送模组负责将光罩由光罩盒一路传送到光罩平台模组。而光罩平台模组负责承载及快速来回移动光罩。为什么光罩要来回移动呢？ASML的光刻机成像的方式其买是扫描（scan）的方式，如同打印机一般。从照明系统打到光罩的光是条形光，所以光罩必须移动来完成扫描。

晶圆模组

晶圆模组分为晶圆传送模组（Wafer Handler）及晶圆平台模组（Wafer Stage）。晶圆传送模组负责将晶圆由光阻涂布机一路传送到晶圆平台模组。而晶圆双平台模组负责承载晶圆及精准定位晶圆来曝光。

为什么ASML要用双平台呢？在纳来的世界里，晶圆从传送模组以机械手臂放置到平台上，每次放置位置的差距都是微米级的（1000纳米)。所以在晶圆爆光之前，必须要先侦测晶圆在平合上的精确位置。双平台可以在前一片晶圆曝光的同时，对下一片晶圆进行精准量测，不需要等待。

以上就是组成ASML光刻机最主要的三天硬件模组。

现在，同学们是不是又想说：哇，这么复杂啊？这哪是单反相机能做到的喂。

是的，光刻机和单反相机是相以，但两者的复杂和精密度是完全不可同日而语的。否则坊间哪来的“ASML的光刻机比氢弹更难搞”呢?

光刻机之精密

我们是不知道ASML光刻机有没有比氢弹更难搞，但是它真的很难搞。

举个简单的例子，我们在拍照的时候，时而追求所谓的背景虚化效果。这种虚化效果可以突显拍摄主体，使得照片更有质感。这种在对焦点前后相对清晰的影像范围，我们称之为景深。而镜头（光圈）愈大，景深愈浅。

光刻机的要求则反过来，我们要确保影像要绝对清晰，就要将对焦点落在光阻上，并且确保光阻绝对不可落到景深范围之外。那ASML的光刻机景深有多大呢？

100nm（头发的直径是30,000 ~ 50,000nm）

所以我们就是要把光阻移到这个100nm的范围之内，是不是有点不明觉厉？但实际上比这个还要复杂。

晶圆表面看似平坦，但从微观的角度来看，晶圆表面是高低不平的，有如重庆那起起伏伏的街道。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差距到500～1,000nm。所以不是一次对焦就完成了，在晶圆曝光的过程中，每个单元影像曝光不到0.15秒，在这极短的时间内，晶圆平台仍须及时的调整高度，以确保光阻区不落到景深之外，而这高度的调整完全是纳米等级的。这全靠ASML精准量测及精密控制的完美集成。

其实啊，ASML为了追求摩尔定律地不断延续，发展了众多的黑科技。光刻机之精密还有很多很多，这期呢我们主要是想给同学们讲解光刻机的原理和核心硬件，为后面的解密精密打好基础，到此就先收笔休息啦。

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