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光刻演進 5/6|EUV 光刻技術成為先進製程的唯一選擇

更新 發佈閱讀 7 分鐘
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1980 年代,半導體光刻進入 g-line(436nm) 時代。到了 1990 年代,又換上了波長更短的 i-line(365nm),並在進入 2000 年代後,持續推進至 KrF(248nm),直到今天仍在苦撐的 ArF(193nm)。每一次縮短波長,都是人類工程系統與物理極限的一次交手。也正是這樣的演進,推動了整個資訊革命。

ArF + immersion 的 193 奈米深紫外光,搭配液體浸潤鏡頭與高數值孔徑鏡組,成為整整一代先進製程的支柱,撐過了 90nm、65nm、45nm、甚至 20 奈米以下。但到了 10 奈米這個世代,所有人都不得不面對物理極限已經到了。


解析度公式走到盡頭,沒人能再推下去

曝光解析度的極限來自 Rayleigh 公式

Resolution ≈ k₁ × λ / NA

這個式子裡,三個變數都各自代表一段工程歷史:

  • λ(波長):ArF 為 193 奈米,再縮已無材料可透
  • NA(數值孔徑):從空氣提升至水,將 NA 提升至 1.35,已接近物理極限
  • k₁(經驗參數):早期約為 0.5,為了硬壓線寬,如今已逼到 0.25 以下,導致製程容忍度大幅下降

計算出來的理論解析度是36nm,實務上還要考慮光源不純、干涉與鏡頭品質,實際能做出的 pitch 多數在 80nm 左右。如果要再細?除非換光源,否則沒有空間。


Double Patterning 的發明

在微影上,pitch 的最小值是有限的,但單條線的寬度(linewidth)卻可以藉由過度曝光、蝕刻修邊、或材料堆疊進一步變細。於是,一種常見策略是:先畫一批寬間距的圖形,再錯開另一批圖形補上間隙,最終實現超過單次解析度的圖形密度。

這種錯位堆疊的策略,就是業界延命 DUV 的法寶:把一層圖案拆成兩次曝光,再合併重組,達成更高圖形密度。三種主流做法:LELE、SADP、補裁式光刻

邊喝邊想的靜心沙龍
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