Nikon 的 NSR-S/i14（通常簡稱 i14）屬于 193nm 浸沒式（ArF immersion）步進掃描光刻機，是先進邏輯與存儲器制造中廣泛應用的一代高端 DUV 設備。它并非 EUV 機型，而是在 193nm 波長條件下，通過高數(shù)值孔徑與浸沒技術提升分辨率，支持 1x nm 級別制程節(jié)點。

一、整體工作原理

i14 采用“步進掃描（Step-and-Scan）”方式曝光。與早期“整場曝光”不同，它將掩模與晶圓同步反向掃描，在狹長曝光縫內(nèi)逐行轉(zhuǎn)移圖案。曝光完成一個芯片區(qū)域后，晶圓臺“步進”移動到下一個位置繼續(xù)曝光。該方式可在高分辨率條件下實現(xiàn)大面積芯片制造。

分辨率受公式 R ≈ k?·λ/NA 控制。由于波長 λ 固定為 193nm，因此 i14 通過提高數(shù)值孔徑（NA 接近 1.35）來提升分辨率。這正是浸沒技術的核心意義。

二、光源系統(tǒng)

i14 使用 ArF（氟化氬）準分子激光器，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、浸沒式光學系統(tǒng)

i14 的關鍵特征是“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，光學元件材料通常為高純度石英。鏡片加工精度需達到納米級誤差控制。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 采用同步掃描機制：掩模臺與晶圓臺以精確比例（通常 4:1）反向移動，使圖案在掃描過程中逐點成像。這種方式可以降低鏡頭尺寸要求，同時保證高分辨率。

掃描運動由高精度線性電機驅(qū)動，位置反饋依賴激光干涉儀系統(tǒng)，控制精度達到納米級。

五、雙工件臺系統(tǒng)

為提升產(chǎn)能，i14 采用雙晶圓臺結(jié)構(gòu)：一個晶圓臺進行曝光時，另一臺進行對準與裝片操作。兩臺交替工作，提高每小時晶圓處理數(shù)量（WPH）。高速運動與高穩(wěn)定性并存，是其機械系統(tǒng)設計難點。

六、對準與疊加控制

先進制程中，多層電路必須高度重疊。i14 配備高精度對準系統(tǒng)，通過識別晶圓上預制的對準標記，實現(xiàn)納米級疊加精度。系統(tǒng)采用閉環(huán)控制算法，實時修正溫度變化或機械振動帶來的誤差。

七、曝光原理總結(jié)

曝光時，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)生化學反應（正膠或負膠機理不同）；隨后通過顯影工藝形成電路圖形。

八、技術挑戰(zhàn)

浸沒系統(tǒng)必須維持穩(wěn)定水層厚度，同時避免氣泡產(chǎn)生；高速掃描需保證機械振動極低；熱管理系統(tǒng)需防止激光能量造成鏡頭形變；光學系統(tǒng)污染控制也至關重要。

九、行業(yè)定位

雖然 EUV 設備由 ASML 主導先進 5nm 以下節(jié)點，但在大量多重曝光工藝中，193nm 浸沒式光刻機仍然承擔關鍵層加工任務。i14 屬于成熟且高性能的 ArF 浸沒設備代表型號。

總體而言，尼康 i14 光刻機的結(jié)構(gòu)可以概括為：ArF 激光光源 + 高 NA 浸沒投影系統(tǒng) + 同步掃描機構(gòu) + 雙晶圓臺精密運動系統(tǒng) + 納米級對準控制系統(tǒng)。