光刻演進 2/ 6|i-line 技術推動亞微米突破與日本設備崛起

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水銀燈天然發出的光譜中,除了 g-line(436nm),還存在 i-line(365nm)這條強烈穩定的紫外光譜線。

水銀燈天然發出的光譜中,除了 g-line(436nm),還存在 i-line(365nm)這條強烈穩定的紫外光譜線。

從 1970 年代末到 1980 年代中期,半導體製程逐步從 2 微米推進到 1 微米節點,g-line(436 奈米)微影技術成為當時量產主力。g-line 與後來的 i-line(365 奈米)其實都來自同一種光源──高壓汞燈,不同的是所選用的發射波長與對應光學設計。隨著線寬進一步微縮,g-line 的解析度與焦深逐漸無法支撐穩定的量產。這讓產業開始轉向汞燈中波長更短、解析度更高的 i-line 光源,成為新一代微影系統的起點。

大家早安,今天我們繼續光刻系列的第二篇。時間來到 1986 年,當晶片設計推進到 0.8 微米節點,g-line 光源已經無法再維持解析度。來自汞燈的 365 奈米 i-line 譜線成為新的解法,也讓日本設備廠商登上世界舞台。


技術優勢與日系設備的崛起

Nikon NSR‑2005i10C,象徵 0.5 微米製程時代的量產設備代表。

Nikon NSR‑2005i10C,象徵 0.5 微米製程時代的量產設備代表。

根據 Rayleigh 公式:波長 λ 愈短,解析度潛力愈高

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i-line 的波長比 g-line 短 70 奈米,讓解析度與焦深表現明顯改善(理論上可提升約 16%)。這個特性使得電路圖樣在亞微米級仍能保持穩定,生產良率因此受益。Canon 與 Nikon 把握這波機會,推出多款 i-line 曝光機,逐步搶下全球市占。相對的,美國的 GCA 與 Perkin-Elmer 開始失勢,必須依賴日系設備維持產線,這段歷史正與當時的美日半導體摩擦交疊。


記憶體與處理器的微縮引擎

需求端的推動同樣重要。NEC 與東芝把 i-line 應用在高容量 DRAM 的量產,Intel 則在 80386 處理器世代導入 i-line 曝光工藝,讓邏輯電路的複雜度再度提升。這些實際應用證明,i-line 不僅是技術改良,更是電腦與記憶體產業能夠繼續擴張的基礎。

然而,i-line 的黃金時代並不長。雖然它讓產業成功跨入亞微米時代,解析度卻難以再推進到 250 奈米以下。這個瓶頸推動產業在 1990 年代快速轉向 KrF 準分子雷射,開啟深紫外光刻的新階段。


摩爾定律要求晶片密度每兩年倍增,而 i-line 正是幫助產業在 g-line 飽和後維持微縮節奏的關鍵中繼技術。沒有 i-line,從 1 微米進入 0.5 微米的節點將更為困難,整體微影節奏也可能因此停滯。它不只是接棒者,更是讓摩爾定律得以持續一個世代的支撐技術。

(延伸閱讀:摩爾定律:從單位成本到國家戰略



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