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掩模对准曝光机
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光刻机（英语：Aligner，中国大陆、香港作光刻机，台湾作曝光机），又称掩模对准曝光机，是一种将掩模上的图案对准晶圆，使光线穿过并照射在晶圆表面曝光的装置，[1]是集成电路制造的关键装置。“对准”指的是在晶片经过多次光刻工序时，能够将掩模反复精确放置到相同位置的能力。
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掩模对准曝光机自1960年代至1970年代后期是集成电路制造的主要装置，之后逐渐被步进式光刻机（stepper）所取代。[2][3]截至2023年，12吋以上的晶圆大多使用扫描式对准机来做曝光，其晶圆产能也是五种机型内最佳的。目前，掩模对准曝光机仍常用于学术和研究领域，因为相关项目通常只涉及小批量的光刻制备。[4]在掩模对准曝光机中，掩模图案与晶圆图案是一一对应的。掩模覆盖整个晶圆表面，整个晶圆一次性完成曝光。这是早期1:1掩模对准曝光机的标准，后来被带有缩小投影光学的步进式光刻机和步进扫描机（scanner）所取代。[5]
从发展历史来看光刻机一共五种机型，分别为接触式（contact）、近接式（proximity）、步进式（stepper）、扫描式（scanner）、重复式（repeat）。早期的接触式对准机（contact aligners）将掩模直接与晶圆的顶表面接触，但在掩模再次被移除时，往往会损坏图案。近接式对准机（proximity aligners）仅被短暂使用，它们将掩模悬置于晶圆表面上方，以避免这一问题，但操作困难并需要大量人工调节。最后，珀金埃尔默于1973年推出的Micralign投影式对准机（projection aligner），使掩模与晶片完全分离，并使图像的调节变得更加简单。[2][3]随着这些发展阶段的推进，良率从大约10%提升至约70%，从而带来晶片价格的相应下降。[2][3]
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概要
在晶圆光刻制程技术中，会将涂好光阻的晶圆借由机械手臂发送到光刻机中先进行对准而后曝光。随着科技的进步，早期接触式和接近式的对准机以1:1的方式将电路图案曝光在晶圆上，但这种作法导致晶圆每次能曝光的图案有限，2000年以后出现了能将电路图案以4:1缩小投影在晶圆上的扫描式对准机，于是晶圆的产能得到4倍以上的生产速度，同时也宣布超大晶圆时代（ULSI）的来临。
组成部分
一台典型的掩模对准曝光机包含以下部分：
与步进式的对比
掩模对准曝光机在概念上类似于步进式光刻机，但有一个关键区别。掩模对准曝光机使用的掩模包含整个晶圆的图案，这可能需要大型掩模。而步进机则在晶圆上反复使用较小的掩模，并在表面逐步移动，以重复晶片层的图案。[7][8]这大幅降低了掩模成本，并允许在一次生产中将单片晶圆用于不同的集成电路版图或掩模设计。更重要的是，通过将光源聚焦在晶圆的一个小区域，步进机能够产生更高的分辨率，从而实现晶片上更小的特征尺寸。步进机的缺点是必须对晶圆上的每个晶片分别成像，因此对整个晶圆的曝光过程要慢得多。
主要厂商
光刻机是生产大规模集成电路的核心装置，因此光刻机价格昂贵，除了机型外价格还取决于适用的曝光光源波段，DUV制程光刻机落在5千万至1亿美元之间，而近几年异军突起成为主流的ASML EUV Twinscan光刻机造价更是落在3亿美元以上。
参考
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