1. 引言
尼康长期以来一直是光刻设备开发和生产的领导者，光刻设备是半导体制造过程中的一项关键技术。在他们的贡献中，NSR-i 系列 I-Line 步进式光刻机在从传统到先进节点的各种工艺节点上生产半导体器件方面发挥了重要作用。这些步进式光刻机主要用于光刻工艺，其中光线投射到涂有光刻胶的晶圆上，以创建现代电子设备必不可少的复杂电路图案。
I-Line 步进式光刻机以尼康在生产高精度光刻系统方面的经验为基础而打造。这些系统对于制造半导体至关重要，而半导体的应用范围从微处理器和内存芯片到逻辑 IC 等日益复杂的设备。 NSR-i 系列注重高分辨率、准确性和吞吐量，提供多种型号以满足不同制造节点的需求。
本文详细介绍了尼康 NSR-i 系列 型号 - NSR-2005i、NSR-2205i、NSR-2210i、NSR-2245i、NSR-2255i 和 NSR-2305i - 重点介绍了它们各自的特点，比较了它们的能力，并研究了影响它们发展的技术进步。
2. 什么是 I-Line 光刻？
I-Line 光刻是指一种特定的光刻工艺，使用波长为 365 nm 的光将图案转移到硅晶片上。该波长属于紫外线 (UV) 光谱，通常用于 180nm、130nm 和 90nm 的半导体节点，某些型号（如 NSR-2255i 和 NSR-2305i）将功能扩展到更小的节点。
在半导体光刻中，光线穿过包含所需电路图案的 掩模，然后投射到涂有光刻胶的晶片上。光刻胶在曝光时会发生化学变化，曝光区域被显影以创建最终图案。该工艺的精度和分辨率对于实现定义现代半导体技术的微型晶体管至关重要。
I-Line 光刻技术的主要特点：
- 波长：365 nm
- 分辨率：非常适合生产 180nm 至 90nm 节点（适用于高级型号）
- 掩蔽和对准：I-Line 步进机使用高级掩蔽对准器和精确的晶圆处理系统来确保高质量的图案转移。
- 聚焦深度：I-Line 光刻中的关键参数之一，可确保整个晶圆的聚焦一致。
I-Line 光刻技术以其高分辨率和成本效益的平衡而闻名，尤其是与 KrF (248 nm) 和 ArF (193 nm) 光刻技术相比，后者更常用于生产 45nm 以下的先进节点。
3. 尼康 NSR-i 系列型号详细概述
尼康的 NSR-i 系列 代表了 I-Line 步进光刻机的一系列改进，旨在满足日益苛刻的半导体生产要求。多年来，尼康改进了光学系统和晶圆处理，以满足不同节点的需求。让我们探索该系列中的关键型号：
NSR-2005i
- 简介：NSR-2005i 是尼康 I-Line 步进机系列的早期型号，主要用于传统节点生产。它非常适合 180nm 和 130nm 工艺，重点是内存和逻辑应用。
- 主要特点：
- 吞吐量：中等尺寸晶圆的高吞吐量。
- 分辨率：较大节点（低至 180nm）的良好分辨率。
- 晶圆尺寸：通常支持 200mm 晶圆。
- 应用：主要用于生产 DRAM、闪存 和其他不太复杂的逻辑设备。
- 局限性：对于 90nm 以下的较小节点，能力较弱。
NSR-2205i
- 简介：在 NSR-2005i 性能的基础上，NSR-2205i 引入了曝光精度和吞吐量方面的改进。该型号专为 130nm 至 90nm 工艺节点而设计，并继续成为内存 IC 生产中的主流产品。
- 主要特点：
- 分辨率：能够解析 90nm 的关键层。
- 曝光精度：改进的曝光系统可确保精确的图案转移。
- 吞吐量：增强的吞吐量适合中等批量生产。
- 应用：广泛用于生产逻辑 IC、微处理器和非易失性存储器。
- 局限性：虽然它可以处理较小的节点，但对于尖端、大批量应用来说效率较低。
NSR-2210i
- 简介：NSR-2210i 引入了尼康更先进的光学系统和对准精度功能，使其成为90nm和65nm节点的理想选择。
- 主要特点：
- 分辨率：在90nm下具有出色的分辨率，更高精度的对准和焦深的改进。
- 光学性能：先进的镜头和曝光系统，可再现更精细的细节。
- 晶圆处理：具有更坚固、更稳定的晶圆处理系统，可实现大批量生产。
- 应用：主要用于65nm和90nm节点的微处理器、逻辑 IC和闪存制造。
- 局限性：虽然适用于这些节点，但它难以适应45nm以下最先进的工艺。
NSR-2245i
- 简介：NSR-2245i的设计重点是65nm至45nm节点，具有可提高图案保真度的先进光学和对准技术。
- 主要特点：
- 分辨率：出色的性能45nm节点，提供高精度的图案转移。
- 曝光控制：用于关键层光刻的高精度曝光系统。
- 晶圆尺寸：能够处理300mm晶圆。
- 应用：适用于高性能逻辑 IC、DRAM 以及其他 45nm 节点及更高节点的复杂设备。
- 限制：由于 I-Line 技术的分辨率限制，小于 45nm 节点的性能有限。
NSR-2255i
- 简介：NSR-2255i 代表尼康进入 45nm 以下 领域，为尖端半导体制造提供曝光控制和工艺优化方面的改进。
- 主要特点：
- 分辨率：在 45nm 及以下节点性能强劲，具有高分辨率和稳定性成像。
- 吞吐量：高吞吐量，适用于这些节点的高级内存和逻辑设备。
- 光学系统：增强型光学系统，可实现更好的焦深和成像精度。
- 应用：主要用于高级逻辑 IC、闪存和片上系统 (SoC) 应用。
- 局限性：尽管它可以有效处理 45nm 节点，但在 45nm 以下生产中仍面临挑战，而 EUV 或 浸没式光刻 更适合。
NSR-2305i
- 简介：NSR-2305i 是 NSR-i 系列 中最先进的型号，专为 45nm 以下 节点最苛刻的应用而设计。
- 关键特点：
- 分辨率：45nm 以下 甚至 28nm 工艺节点的高分辨率能力。
- 先进光学系统：尖端光学器件，提供卓越的成像性能，对先进节点制造至关重要。
- 吞吐量：高吞吐量，可实现先进半导体的批量生产。
- 应用：适用于最小工艺节点的高性能逻辑IC、内存芯片和片上系统 (SoC) 设备。
- 局限性：虽然它可以处理最先进的节点，但在28nm以下节点，它仍然面临来自较新的EUV技术的竞争。
4. 各型号比较
在为特定半导体制造工艺选择尼康 I-Line 步进式光刻机时，比较分辨率、吞吐量、光学性能和晶圆处理能力等关键特性至关重要。以下是 NSR-i 系列各型号的详细比较，重点介绍了它们的优势以及它们如何满足不同的生产需求。
分辨率和准确性
I-Line 步进式光刻机最关键的方面之一是其解析晶圆上精细特征的能力。与 KrF (248nm) 或 ArF (193nm) 等较短波长相比，365nm 的 I 线波长本身就限制了分辨率，但尼康针对特定应用提高了每款 NSR-i 型号的分辨率能力。
| 型号 | 最小分辨率 | 典型应用 |
|---|---|---|
| NSR-2005i | 180nm | 内存、逻辑 IC |
| NSR-2205i | 130nm | DRAM、闪存、逻辑 IC |
| NSR-2210i | 90nm | 微处理器、内存 IC |
| NSR-2245i | 65nm | 高级内存、逻辑IC |
| NSR-2255i | 45nm | 高性能逻辑，SoC |
| NSR-2305i | 28nm | 尖端逻辑，先进 IC |
我们可以看到，NSR-2305i 在分辨率方面脱颖而出，成为最先进的产品，能够以低至 28nm 的节点进行生产，适用于最先进的半导体工艺。
产量和效率
产量对于大批量生产至关重要，尤其是在内存制造等行业。尼康的 NSR-i 系列型号提供了出色的产量，后期型号为较小节点提供了更好的效率，但通常会在曝光时间和对准精度方面有所取舍。
< td>90nm–65nm| 型号 | 产量（晶圆/小时） | 最佳节点范围 |
|---|---|---|
| NSR-2005i | 25–30 | 180nm–130nm |
| NSR-2205i | 30–40 | 130nm–90nm |
| NSR-2210i | 35–45 | |
| NSR-2245i | 40–50 | 65nm–45nm |
| NSR-2255i | 50–55 | 45nm–32nm |
| NSR-2305i | 55–60 | 28nm–22nm |
后续型号，如 NSR-2255i 和 NSR-2305i，显著提高了吞吐量，这对于高需求、大批量生产环境至关重要。
光学系统
NSR-i 系列中的每个型号都比其前代产品在光学性能方面有所改进，特别是在镜头质量、焦深和光源稳定性方面。随着节点越来越小，这些功能对于确保整个晶圆的图案保真度至关重要。
| 型号 | 光学系统 | 功能 |
|---|---|---|
| NSR-2005i | 基本 I-Line 光学元件 | 适用于传统节点（最高 180nm） |
| NSR-2205i | 改进的镜头设计 | 130nm–90nm 的更高分辨率和焦深 |
| NSR-2210i | 高级 I-Line光学元件 | 增强 90nm 及以下的光学稳定性 |
| NSR-2245i | 高性能光学元件 | 适用于 65nm–45nm 节点的精密光学元件 |
| NSR-2255i | 尖端光学元件 | 适用于 45nm–28nm 的最佳光学性能 |
| NSR-2305i | 最先进的光学元件 | 针对高分辨率 28nm 及以下进行了优化 |
NSR-2305i 型号集成了最先进的光学技术，确保下一代半导体生产的最佳性能。
5. 尼康 I-Line 步进机在半导体制造中的应用
尼康 I-Line 步进机是几个关键半导体制造工艺不可或缺的一部分，尤其是对于 28nm 以上的节点。虽然 EUV（极紫外光刻） 越来越多地用于 28nm 以下节点，但 I-Line 步进机在各种设备的生产中仍然必不可少。这些包括存储器IC、逻辑IC、微处理器、片上系统（SoC）设备和电源设备。
存储器设备
I-Line光刻技术广泛用于生产动态随机存取存储器（DRAM）和闪存芯片，尤其是在130nm至65nm节点。 NSR-2205i 和 NSR-2210i 因其能够提供出色的分辨率和吞吐量而常用于大批量内存生产。
对于闪存，NSR-2245i 和 NSR-2255i 更常用，因为它们为 90nm 以下的节点提供卓越的性能，这对于高密度闪存芯片至关重要。
逻辑 IC
逻辑集成电路 (IC)（包括处理器和其他计算设备）需要精确的图案化功能，以确保在较小节点上正常运行。NSR-2255i 和 NSR-2305i 是 高性能逻辑 IC 生产的理想选择，采用 28nm 或 22nm 节点，精细特征分辨率至关重要。
此外，现代消费电子产品中必不可少的 SoC（片上系统） 设备是使用 I-Line 步进机制造的。这些设备通常将处理、内存和通信等多种功能集成到单个芯片中，因此需要在光刻过程中具有高精度。
功率器件和传感器
功率器件，例如MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），对于电子系统的电源管理至关重要，也受益于尼康 I-Line 步进机的高分辨率功能。 NSR-2210i 和 NSR-2305i 适用于这些应用，支持 65nm 和 45nm 节点的 高压 和 大电流 工艺要求。
用于汽车和工业应用的传感器（包括 MEMS（微机电系统） 设备）也利用了 I-Line 光刻的分辨率能力，使尼康的步进机成为其生产中的关键参与者。
6. 尼康 I-Line 步进机的优势
尼康的 I-Line 步进机，尤其是 NSR-i 系列中的步进机，与其他光刻工具相比具有几个明显的优势，尤其是在中档节点。这些优势包括：
成本效益
与更先进的 EUV 或 浸没式光刻 系统相比，尼康的 I-Line 步进式光刻机更具成本效益，尤其是对于 传统节点（28nm 以上）而言。购买和维护 I-Line 系统的成本明显较低，使其成为专注于大批量、成本敏感型应用（例如 内存生产）的制造商的有吸引力的选择。
高吞吐量
尼康的 I-Line 步进式光刻机，尤其是 NSR-2305i，以其 高吞吐量 而闻名，使其成为大批量生产的理想选择。通过不断改进光学系统、曝光技术和对准系统，系统能够以最少的停机时间处理复杂的图案，从而提高生产率。
精度和分辨率
NSR-2255i和NSR-2305i型号即使在较小的节点也能实现高图案保真度，确保生产高质量IC。对于 SoC 或 逻辑 IC 等需要精度的应用，以最少的缺陷解决精细特征的能力对于产量优化至关重要。
多功能性
I-Line 步进机的突出特点之一是它能够覆盖广泛的应用和节点尺寸，从 130nm 到 28nm。与更专业的光刻工具相比，它能够灵活地支持不同的生产需求，包括 内存 和 逻辑 IC，这是一个显著的优势。
7. 结论
尼康的 I-Line 步进机系列，特别是 NSR-2005i、NSR-2205i、NSR-2210i、NSR-2245i、NSR-2255i 和 NSR-2305i 等型号，在半导体光刻技术的发展中发挥了重要作用。尽管 EUV 等先进技术不断涌现，但这些 I-Line 系统对于从 传统节点 生产到 高性能逻辑 和 内存 IC 等各种应用来说仍然是不可或缺的。
尼康 I-Line 步进机的 精度、吞吐量 和 成本效益 将继续为半导体制造商提供支持，特别是在他们过渡到 先进封装 和 异构集成 工艺时。这些工具将在未来几年内继续成为半导体生产生态系统不可或缺的一部分。
