Nikon 的 NSR-S/i14（通常简称 i14）属于 193nm 浸没式（ArF immersion）步进扫描光刻机，是先进逻辑与存储器制造中广泛应用的一代高端 DUV 设备。它并非 EUV 机型，而是在 193nm 波长条件下，通过高数值孔径与浸没技术提升分辨率，支持 1x nm 级别制程节点。

一、整体工作原理

i14 采用“步进扫描（Step-and-Scan）”方式曝光。与早期“整场曝光”不同，它将掩模与晶圆同步反向扫描，在狭长曝光缝内逐行转移图案。曝光完成一个芯片区域后，晶圆台“步进”移动到下一个位置继续曝光。该方式可在高分辨率条件下实现大面积芯片制造。

分辨率受公式 R ≈ k₁·λ/NA 控制。由于波长 λ 固定为 193nm，因此 i14 通过提高数值孔径（NA 接近 1.35）来提升分辨率。这正是浸没技术的核心意义。

二、光源系统

i14 使用 ArF（氟化氩）准分子激光器，产生 193nm 紫外光。激光系统需保持高稳定性与窄谱宽，以确保成像一致性。光源输出后进入照明系统，经整形与均匀化处理，形成符合成像要求的照明模式（如环形、离轴照明等）。

三、浸没式光学系统

i14 的关键特征是“浸没式”结构。传统干式光刻在投影镜头与晶圆之间为空气介质，而浸没式光刻在两者之间引入超纯水。由于水的折射率高于空气，可等效提高系统数值孔径，从而突破干式系统的分辨率极限。

其投影镜头由多组高精度透镜组成，光学元件材料通常为高纯度石英。镜片加工精度需达到纳米级误差控制。光束通过投影镜头后，在晶圆表面形成缩小 4:1 的图案。

四、掩模与扫描系统

掩模（Reticle）承载电路图案。i14 采用同步扫描机制：掩模台与晶圆台以精确比例（通常 4:1）反向移动，使图案在扫描过程中逐点成像。这种方式可以降低镜头尺寸要求，同时保证高分辨率。

扫描运动由高精度线性电机驱动，位置反馈依赖激光干涉仪系统，控制精度达到纳米级。

五、双工件台系统

为提升产能，i14 采用双晶圆台结构：一个晶圆台进行曝光时，另一台进行对准与装片操作。两台交替工作，提高每小时晶圆处理数量（WPH）。高速运动与高稳定性并存，是其机械系统设计难点。

六、对准与叠加控制

先进制程中，多层电路必须高度重叠。i14 配备高精度对准系统，通过识别晶圆上预制的对准标记，实现纳米级叠加精度。系统采用闭环控制算法，实时修正温度变化或机械振动带来的误差。

七、曝光原理总结

曝光时，193nm 激光经过照明系统照射掩模图案；透过图案区域的光线经投影物镜缩小后投射到涂有光刻胶的晶圆表面；光刻胶受紫外光照射后发生化学反应（正胶或负胶机理不同）；随后通过显影工艺形成电路图形。

八、技术挑战

浸没系统必须维持稳定水层厚度，同时避免气泡产生；高速扫描需保证机械振动极低；热管理系统需防止激光能量造成镜头形变；光学系统污染控制也至关重要。

九、行业定位

虽然 EUV 设备由 ASML 主导先进 5nm 以下节点，但在大量多重曝光工艺中，193nm 浸没式光刻机仍然承担关键层加工任务。i14 属于成熟且高性能的 ArF 浸没设备代表型号。

总体而言，尼康 i14 光刻机的结构可以概括为：ArF 激光光源 + 高 NA 浸没投影系统 + 同步扫描机构 + 双晶圆台精密运动系统 + 纳米级对准控制系统。