Nikon 的 NSR-S/i14（通常簡(jiǎn)稱 i14）屬于 193nm 浸沒式（ArF immersion）步進(jìn)掃描光刻機(jī)，是先進(jìn)邏輯與存儲(chǔ)器制造中廣泛應(yīng)用的一代高端 DUV 設(shè)備。它并非 EUV 機(jī)型，而是在 193nm 波長(zhǎng)條件下，通過高數(shù)值孔徑與浸沒技術(shù)提升分辨率，支持 1x nm 級(jí)別制程節(jié)點(diǎn)。
一、整體工作原理
i14 采用“步進(jìn)掃描（Step-and-Scan）”方式曝光。與早期“整場(chǎng)曝光”不同，它將掩模與晶圓同步反向掃描，在狹長(zhǎng)曝光縫內(nèi)逐行轉(zhuǎn)移圖案。曝光完成一個(gè)芯片區(qū)域后，晶圓臺(tái)“步進(jìn)”移動(dòng)到下一個(gè)位置繼續(xù)曝光。該方式可在高分辨率條件下實(shí)現(xiàn)大面積芯片制造。
分辨率受公式 R ≈ k?·λ/NA 控制。由于波長(zhǎng) λ 固定為 193nm，因此 i14 通過提高數(shù)值孔徑（NA 接近 1.35）來(lái)提升分辨率。這正是浸沒技術(shù)的核心意義。
二、光源系統(tǒng)
i14 使用 ArF（氟化氬）準(zhǔn)分子激光器，產(chǎn)生 193nm 紫外光。激光系統(tǒng)需保持高穩(wěn)定性與窄譜寬，以確保成像一致性。光源輸出后進(jìn)入照明系統(tǒng)，經(jīng)整形與均勻化處理，形成符合成像要求的照明模式（如環(huán)形、離軸照明等）。
三、浸沒式光學(xué)系統(tǒng)
i14 的關(guān)鍵特征是“浸沒式”結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)干式光刻在投影鏡頭與晶圓之間為空氣介質(zhì)，而浸沒式光刻在兩者之間引入超純水。由于水的折射率高于空氣，可等效提高系統(tǒng)數(shù)值孔徑，從而突破干式系統(tǒng)的分辨率極限。
其投影鏡頭由多組高精度透鏡組成，光學(xué)元件材料通常為高純度石英。鏡片加工精度需達(dá)到納米級(jí)誤差控制。光束通過投影鏡頭后，在晶圓表面形成縮小 4:1 的圖案。
四、掩模與掃描系統(tǒng)
掩模（Reticle）承載電路圖案。i14 采用同步掃描機(jī)制：掩模臺(tái)與晶圓臺(tái)以精確比例（通常 4:1）反向移動(dòng)，使圖案在掃描過程中逐點(diǎn)成像。這種方式可以降低鏡頭尺寸要求，同時(shí)保證高分辨率。
掃描運(yùn)動(dòng)由高精度線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)，位置反饋依賴激光干涉儀系統(tǒng)，控制精度達(dá)到納米級(jí)。
五、雙工件臺(tái)系統(tǒng)
為提升產(chǎn)能，i14 采用雙晶圓臺(tái)結(jié)構(gòu)：一個(gè)晶圓臺(tái)進(jìn)行曝光時(shí)，另一臺(tái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)與裝片操作。兩臺(tái)交替工作，提高每小時(shí)晶圓處理數(shù)量（WPH）。高速運(yùn)動(dòng)與高穩(wěn)定性并存，是其機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)。
六、對(duì)準(zhǔn)與疊加控制
先進(jìn)制程中，多層電路必須高度重疊。i14 配備高精度對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，通過識(shí)別晶圓上預(yù)制的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)疊加精度。系統(tǒng)采用閉環(huán)控制算法，實(shí)時(shí)修正溫度變化或機(jī)械振動(dòng)帶來(lái)的誤差。
七、曝光原理總結(jié)
曝光時(shí)，193nm 激光經(jīng)過照明系統(tǒng)照射掩模圖案；透過圖案區(qū)域的光線經(jīng)投影物鏡縮小后投射到涂有光刻膠的晶圓表面；光刻膠受紫外光照射后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（正膠或負(fù)膠機(jī)理不同）；隨后通過顯影工藝形成電路圖形。
八、技術(shù)挑戰(zhàn)
浸沒系統(tǒng)必須維持穩(wěn)定水層厚度，同時(shí)避免氣泡產(chǎn)生；高速掃描需保證機(jī)械振動(dòng)極低；熱管理系統(tǒng)需防止激光能量造成鏡頭形變；光學(xué)系統(tǒng)污染控制也至關(guān)重要。
九、行業(yè)定位
雖然 EUV 設(shè)備由 ASML 主導(dǎo)先進(jìn) 5nm 以下節(jié)點(diǎn)，但在大量多重曝光工藝中，193nm 浸沒式光刻機(jī)仍然承擔(dān)關(guān)鍵層加工任務(wù)。i14 屬于成熟且高性能的 ArF 浸沒設(shè)備代表型號(hào)。
總體而言，尼康 i14 光刻機(jī)的結(jié)構(gòu)可以概括為：ArF 激光光源 + 高 NA 浸沒投影系統(tǒng) + 同步掃描機(jī)構(gòu) + 雙晶圓臺(tái)精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) + 納米級(jí)對(duì)準(zhǔn)控制系統(tǒng)。
