机械与机电一体化

ASML先进光刻机的速度和精度

磁浮晶圆表加速比战斗机快?每秒测量20000次定位精度为60皮米(小于硅原子大小)的传感器?这都是ASML机器的极限力学的一部分。

在半导体行业,时间就是金钱。这意味着将晶圆装入系统,在几乎100个不同的地方打印图案,然后每小时卸载晶圆多达275次。为了实现这一点,将晶圆固定在系统内的磁悬浮晶圆台在不引起关键部件振动或发热的情况下加速至7 g。

晶圆阶段的创新

晶圆阶段是光刻机最重要的移动部件汇集的地方,是系统的机械“心脏”。在ASML光刻机中,工作台可同时移动两个晶圆台,每个晶圆台上都有一个硅片。当一个晶片被暴露时,另一个晶片的位置由机器的计量传感器测量。这种双级系统架构被称为TWINSCAN, ASML于2000年首次将其推向市场。自推出以来,TWINSCAN平台通过大幅提高生产速度,彻底改变了芯片生产的经济性。


2008年,ASML的NXT TWINSCAN平台在速度和精度方面带来了另一个重大改进。创新的材料意味着更轻的晶片级,并结合了一个新的磁悬浮系统,以移动这些级,以实现更大的加速度——高达5g,比喷气式战斗机起飞时还要高。与此同时,晶圆的位置每秒被测量20000次,使用的传感器的精确度约为60皮米——这还不到一个硅原子的大小。


机器人学

机器人技术对我们光刻系统的整体生产力和精度做出了巨大的贡献。例如,一个名为“晶圆处理器”的模块将每个晶圆载入和载入系统,而一个类似的名为“划线手柄”的模块将对每批晶圆所使用的划线进行相同的操作。每小时处理超过275片晶圆——使用各种不同的丝网——意味着操作者必须快速、准确地拿起、移动和放置其脆弱的负载,而不损坏或扭曲它们。

超高速同步

当图案的每一份都印在晶圆上时,十字线在一条狭窄的光缝中平滑移动,一次只露出图案的一小部分。同时,晶圆以相反的方向平滑移动以捕获整个图案。十字线和晶圆的运动必须完全同步,但由于十字线图案比晶圆上的图案大,十字线必须移动得更远更快,达到每秒150米的平方。这相当于一辆汽车在0.1秒内从0加速到100公里/小时。当晶圆和分划板以5g和15g的速度向相反方向加速时,能够将它们的运动同步到纳秒和纳秒——所有这些都不会引起一次振动——对于生产功能正常的微芯片至关重要。

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