光刻機（Lithography Machine）是芯片制造過程中至關重要的設備，而光柵（Grating）技術在光刻機的對準、測量和成像等多個環(huán)節(jié)起到了關鍵作用。
1. 光刻機光柵的基本概念
光柵是一種由周期性間隔結構組成的光學元件，主要用于衍射光波并調制其相位或振幅。它的主要特性包括：
周期性結構：光柵由規(guī)則排列的刻線組成，其周期通常為納米到微米級。
衍射效應：當光線入射到光柵上時，會發(fā)生衍射，形成不同方向的衍射光束。
高精度測量能力：利用光柵衍射的干涉效應，可以實現(xiàn)高精度的位移測量。
在光刻機中，光柵被用于精密位移測量、光刻對準、衍射成像、曝光系統(tǒng)優(yōu)化等多個關鍵環(huán)節(jié)。
2. 光刻機光柵的核心應用
2.1 精密位置測量（光柵尺）
光刻機對準和曝光過程需要極高的精度，而傳統(tǒng)的機械測量方式難以滿足納米級要求，因此采用了光柵干涉測量方法。
（1）光柵尺的原理
光柵尺是一種基于衍射原理的高精度位移傳感器，它由**固定光柵（刻在機床或光刻機臺上）和移動光柵（刻在可移動平臺上）**組成。當激光束照射在光柵上時，形成干涉條紋，移動光柵的位移會引起干涉條紋的變化，從而通過光電探測器檢測位移量。
（2）光柵尺的作用
投影光刻（Stepper）：用于精確控制掩模版和硅片的相對位置，確保圖形精確對準。
掃描光刻（Scanner）：用于實時監(jiān)測掃描平臺的位置，確保穩(wěn)定掃描曝光。
對準系統(tǒng)：利用光柵干涉信號檢測掩模與硅片的相對位移，提升對準精度至亞納米級。
2.2 光刻機對準系統(tǒng)中的光柵
對準精度決定了光刻圖案的準確性，而光柵衍射對準（Grating-Based Alignment, GBA）是現(xiàn)代光刻機中廣泛應用的一種高精度對準方式。
（1）衍射對準原理
在光刻工藝中，掩模版（Mask）和硅片（Wafer）上都有對準標記，其中許多是周期性光柵結構。當激光束照射到這些光柵時，會形成衍射信號，通過干涉檢測掩模和硅片的相對位置，進而精確調整對準誤差。
（2）衍射對準的優(yōu)勢
高精度：利用干涉效應，實現(xiàn)納米級別的位移檢測。
非接觸式：不會對硅片或掩模造成機械損傷。
環(huán)境適應性強：減少熱膨脹和機械振動對對準精度的影響。
目前的EUV（極紫外光刻）光刻機中，ASML等公司采用了基于多層干涉的高精度光柵對準技術，實現(xiàn)了亞納米級別的對準精度。
2.3 光刻機投影系統(tǒng)中的光柵
在投影光刻系統(tǒng)中，光柵結構被用于控制光線的衍射，優(yōu)化曝光圖案，提升光刻精度。
（1）光柵濾波與相位調制
光柵用于相位控制：現(xiàn)代光刻機采用光柵相移技術（Phase Shifting Mask, PSM），利用光柵控制相位差，增強光刻分辨率。
光柵用于掩模優(yōu)化：在EUV光刻機中，部分掩模使用納米級光柵結構來減少光學損耗，提高成像質量。
（2）光柵衍射增強分辨率
光刻分辨率受限于光波波長，而通過光柵衍射可以提高成像系統(tǒng)的分辨率，例如：
傾斜光柵技術（Off-Axis Illumination）：改變光的入射角，提高高頻成分的成像能力。
超分辨率光柵（Super-Resolution Grating）：用于優(yōu)化EUV掩模圖案，減少光學畸變。
3. 先進光刻機中的光柵技術
隨著芯片制程向3nm、2nm節(jié)點發(fā)展，光刻機中的光柵技術也在不斷升級，以適應更高的分辨率和精度要求。
3.1 EUV光刻與納米級光柵
EUV（極紫外）光刻機使用13.5nm波長的光源，在這種短波長條件下，光柵的精度需要達到納米級別，主要體現(xiàn)在：
掩模光柵優(yōu)化：采用特殊納米級光柵結構，減少掩模缺陷，提高曝光均勻性。
EUV光柵濾波器：用于衍射分離EUV光束，提高光刻分辨率。
3.2 先進對準光柵（Hyper-NA Alignment Grating）
在ASML的最新EUV光刻機（如NXE:3600D、EXE:5000）中，采用了超高數(shù)值孔徑（High-NA）光學系統(tǒng)，對準光柵精度要求更高，能夠支持亞納米級的定位精度。
3.3 結合AI與自適應光柵
現(xiàn)代光刻機結合AI技術，實現(xiàn)自適應光柵校正，實時優(yōu)化曝光過程，提高產(chǎn)能和良率。
4. 總結
光刻機中的光柵技術廣泛應用于精密測量、光學對準、衍射投影等多個環(huán)節(jié)，是保證高精度光刻工藝的核心技術之一。隨著芯片制造進入納米級制程，光柵的精度和功能也在不斷提升，如EUV光柵優(yōu)化、AI自適應光柵等。未來，光柵技術的進步將進一步推動光刻機性能的提升，為半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供更強大的技術支持。
