鑽石舞台

2020年，ASML出貨了史上第一套乾式NXT系統。這是第一套能夠每小時處理超過300片晶圓的光刻系統——而這得益於該系統上的TWINSCAN平台。

20世紀90年代初，ASML首個PAS 5500光刻系統平台正式出貨，同一時間，精密器械和干涉儀專家Bert van der Pasch也正在PAS平台的干涉儀系統和晶圓傳送模組進行研究。

Bert van der Pasch在飛利浦開啟了自己職業生涯，並積累了深厚的光刻技術知識：「有一次我在研究光刻機的時候，遇到了七個dynamical shortcut問題。一般來說，很多人會採取調查其中一個，並在必要的時候進行更改的解決方式。但我們不會，我們決定一次性把七個問題全部修改了。」

ASML研究員和光刻掃描儀位置測量系統專家Bert van der Pasch

Bert帶領團隊持續創新讓PAS 5500一直處於領先地位，提供了當時行業領先的生產力和分辨率。但隨着新時代到來，ASML意識到需要一個革命性的創新，助力客戶的生產力實現下一個階段的飛躍。

如同許多突破性的技術一樣，回顧起來，解決方案其實很簡單。圖案在被曝光到晶圓前，必須對晶圓進行精準量測。量測和曝光都需要時間，從前我們致力於減少每個過程需要的時間來提升效率。為了節省更多時間，我們為什麼不在測量一個晶圓的同時，對前一個晶圓開始進行曝光呢？

「這是一個有限的創新，但TWINSCAN架構的革命性之處在於兩個平台的交換。」Bert解釋，「這其中很多是正常的升級迭代，唯獨如何調換兩個晶圓平台非常不同，我們必須讓這一步驟能夠正常工作。」

就這樣，TWINSCAN平台誕生了。TWINSCAN是第一個也是唯一一個具有雙晶圓工作平台的光刻系統。晶圓被交替地裝載到TWINSCAN平台上，當一個平台上的晶圓正在曝光時，另一個晶圓被裝到二號平台進行對準和測量，然後兩個平台交換位置，原來在二號平台的晶圓進行曝光，而一號平台的晶圓完成卸載。然後，新的晶圓被裝載、對準和測量。

首批TWINSCAN系統——AT:400效果圖

2001年，首個採用這種革命性技術的TWINSCAN雙晶圓平台系統出貨了。TWINSCAN AT:750T是一個KrF系統，使用波長為248納米的光源，支持130納米工藝的生產。不久，i-line 系統也引入了雙晶圓平台，即TWINSCAN AT:400T；隨後又引入了ArF系統，即TWINSCAN AT:1100，以跨越當下使用的光刻技術範圍，讓所有芯片層都能在新平台上曝光。

與早期的PAS 5500平台一樣，ASML的持續創新為TWINSCAN平台的分辨率、套刻精度和產率提供了漸進式的改進——以平台升級、新系統升級和現場升級等不同方式。

2004年，隨着從AT系統到XT系統的轉換，TWINSCAN進行了第一次改進。XT系統比AT系統小25%，但具有相同或更好的性能。這使芯片製造商能夠在同樣大小的工廠里生產更多的芯片。

同年，ASML推出了第一個浸潤式光刻系統：TWINSCAN AT:1150i。浸潤式光刻技術通過在透鏡和晶圓之間增加一層超純水來增加透鏡的數值孔徑（NA）——衡量其收集和聚焦光線能力的指標。在傳統的乾式光刻技術中，NA只能達到約0.93，浸潤式光刻技術讓NA達到1.35成為可能。

「浸潤式光刻技術是一場革命的改變。」Bert說，「剛開始你會一定會懷疑，這真的能實現嗎？」

ASML的工程師團隊在慶祝第一個量產的浸潤式系統TWINSCAN XT:1700i的發布

更高的NA使光刻系統能夠以相同的光波長提供更好的分辨率和聚焦深度，從而更容易製造更小尺寸的芯片。這為觸摸屏和藍牙等現代技術的出現鋪平了道路，同時也讓筆記本電腦比傳統個人電腦更加普及。

在2000年左右，芯片製造商使用的浸潤式ArF系統逼近了傳統光刻技術的分辨率極限。然而，芯片製造商對縮小芯片尺寸的需求並沒有消失。

在此期間，業界開始探索一種被稱為「雙重曝光」（也稱為「多重曝光」）的方法，即把一個複雜的圖層圖案分割成兩個（或更多）較簡單的圖案，可以分別進行曝光從而製造出原始圖案。

顧名思義，雙重曝光需要兩倍的曝光步驟，並且能夠將兩個圖案極其精密地對準。為了使其成本可控且具有可行性，光刻系統必須變得更快、更精確。這使得TWINSCAN開啟了又一次重大改進：NXT平台，一個完全重新設計和明顯更輕的晶圓平台。

就像當年忙於研發PAS 5500的日子一樣，面對着客戶生產需求的壓力，ASML選擇了一種革命性的方法。

第一套NXT系統TWINSCAN NXT:1950i於2008年推出，其生產率提高了30%，達到每小時200多片，同時還將套刻精度提高到2.5納米。如今，領先的NXT浸潤式系統可以每小時處理295片晶圓，套刻精度可達1納米。

歷史上，光刻系統分辨率的巨大飛躍來自於所使用的光的波長的改變。浸潤式光刻技術和多重曝光光刻技術在一段時間內改變了這一趨勢，使芯片製造商能夠保持他們的產品路線圖，研發更小更先進芯片，即採用熟悉的ArF光刻技術過渡到許多新的技術節點。

眾所周知，光刻技術的創新往往集中在尖端領域，為支持更小線寬尺寸的芯片關鍵層創造新的系統。

事實上，關鍵層和尖端的光刻系統只占構成現代芯片的一百多層中的一到兩層。芯片製造的大部分層使用成熟的光刻技術來曝光較大的線寬尺寸。對於這些層，速度更為關鍵，而最快的光刻系統採用了TWINSCAN NXT平台。

隨着浸潤式NXT系統越來越多地用於次關鍵層，ASML決定將NXT平台擴展出用於次關鍵層的「乾式」技術。於是，TWINSCAN NXT:1470——第一個在產品上實現套刻精度優於4.5納米的乾式系統，成為了第一台能夠每小時處理超過300片晶圓的光刻機。

第一台TWINSCAN系統出貨

TWINSCAN雙晶圓平台已經度過了正式商用的20周年，它所取得的成績有目共睹，持續助力解決半導體行業發展的各種挑戰。2020年，我們慶祝了第100台翻新的TWINSCAN，這也是ASML持續發展循環經濟的承諾。作為業界領先的光刻平台，TWINSCAN的不斷發展將繼續幫助芯片製造商提高性能，降低芯片生產的整體成本。

「市場期待我們表現得越來越好，生產出越來越好的產品。」Bert說，「值得慶幸的是，我們員工和上世紀90年代一樣——永遠保持精力充沛，致力於做出一些改變，優化它並使它發揮作用。這是ASML的文化，也是我們每一個員工在ASML工作感到自豪的起點。」