掃描式曝光機(Scanner)是半導體微影所用的一種曝光機,讓光罩(photomask)與晶圓同步掃描、同時進行曝光。與直到1980年代為止一直是主流、讓晶圓靜止並一次曝光的「步進機(Stepper)」不同,掃描式曝光機讓光罩與晶圓以相反方向連動移動並同時曝光,因此能實現大曝光區域、高產出量與更均勻的照明。現代的前段製程微影設備幾乎全部採用掃描式。
依光源區分,掃描式曝光機的主要類型如下。①KrF 掃描式曝光機(248nm):90nm~250nm 節點的主力。②ArF 乾式掃描式曝光機(193nm):對應65nm~130nm 節點。③ArF 浸潤式掃描式曝光機(193nm,ArFi):20nm~65nm 節點的主角,目前在最先進晶圓廠仍有大量機台運轉。④EUV 掃描式曝光機(13.5nm):用於7nm以下節點,只有 ASML 是量產供應商。各光源類型的數值孔徑(NA)、解析度與產出量特性不同,晶圓廠會依製程步驟分別使用多種類型。
掃描式曝光機的主要效能指標有「解析度(Resolution)」「疊對精度(Overlay Accuracy)」「產出量(Throughput,WPH:Wafers Per Hour)」「焦深(Depth of Focus)」。最先進的 ASML NXT:2100i 達到產出量每小時305片(標稱)、疊對±1.0nm、解析度38nm 半間距。EUV 掃描式曝光機(TWINSCAN NXE:3800E)在30mJ/cm²的曝光劑量下每小時可處理220片以上,每1台需投資數百億日圓。
掃描式曝光機的主要供應商為艾司摩爾(ASML,荷蘭)、尼康(Nikon,日本)與佳能(Canon,日本)3家,但 EUV 掃描式曝光機由 ASML 獨占。在 ArF 浸潤式掃描式曝光機市場,ASML 也擁有超過80%的市占率,尼康與佳能則以特定傳統節點與特殊用途(FPD、MEMS)為主要布局。1台掃描式曝光機由數萬個以上的零件構成,鏡頭、載台、照明系統與對準系統等高精度子系統都濃縮其中。
與掃描式曝光機相關的重要技術有「SMO(Source Mask Optimization,光源光罩最佳化)」與「計算微影(Computational Lithography)」。結合光源形狀最佳化(Freeform Illumination)與光罩 OPC,使製程窗口最大化。此外,將掃描式曝光機與塗佈/顯影機(東京威力科創 TEL 的 ACT-12等)整合為叢集設備,以將搬運時的污染與環境變動降到最低,已成為晶圓廠的標準配置。