EUV是个什么东西?决定未来半导体先进制程的关键技术

作者:孙宇晨 来源:www.5idf.cn 2020-12-08   阅读:

EUV这个字眼一直出现在各大半导体新闻,感觉是个很重要的技术,可是心里又一堆问号这到底在干嘛,别胆心,今天SemiKnow手把手来带你认识EUV。

看!就是那道光

EUV,全名为Extreme Ultraviolet,中文叫做极紫外光,是一种波长极短的紫外光,一般生活中要涂乳液防晒的紫外线波长约在100~400奈米,而极紫外光才13.5 奈米而已,可说是频率更高、能量更强的光,不过因为这个波段的光很容易被空气等介质吸收,反而不如紫外光对人体有那么多影响哦!

微影制程(Lithography)就是用光在晶圆上面刻出我们想要的图案,而因为电晶体的尺寸不断在微缩,到了近几年10奈米以下的制程,就需要使用EUV来当作光的来源。但是,为什么要是EUV?为什么不能用其他的可见光?那蜡笔小新的动感光波可以吗?

原来都是绕射惹的祸

当波遇到孔洞时,容易在另一侧形成绕射/ 

是的以上那些光都不行,只有波长够短的EUV才行,但这是为什么呢?这就要聊聊光的基本特性-绕射。绕射是指当波在行进过程中遇到障碍物或是孔洞时,不再直线前进,而是像涟漪扩散到四周的现象,例如平常你站在街角还是可以听到另外一头人讲话的声音,就是因为原本只会直线前进的声波,遇到转角或缝隙后产生绕射,让声波转弯了,才能进入你的耳朵让你听见。

当声音经过孔洞时,因为绕射的关系,让不在直线距离上的Jack也听得到Jill的声音/

光本身也是一种波,那为什么日常生活中我们几乎没看过转弯的光呢?那是因为光的波长相对于声波来说是非常小的,声波的波长约在几十公分左右,但可见光的波长只有300到800 奈米,因此原本那些孔洞都显得不那么小了,而是像康庄大道一样,让光可以直接穿透过去。若要说哪里观察得到光的绕射,大概就是以前国高中物理课的「单狭缝实验」和「双狭缝实验」,让光穿过很小的缝隙,进而在另一边产生涟漪的效果。

微影制程(Lithography) 的本质就是让光穿透光罩,把设计好的图案映射在晶圆上面,因此我们会希望光在穿透光罩的过程中不要产生绕射,而让原本的图案变形。然而现在半导体制程要求的电晶体大小都在几十奈米,相较于刚提到300~800奈米的可见光,这个尺寸已经太小、容易产生绕射,因此以往台积电等公司采用DUV 深紫外光、波长落在200奈米上下的光去进行制造。

不过即使采用了DUV,由于这两年台积电制程已经走到10奈米以下,不再能满足现在的微影需求,因此,像微影制程设备商ASML艾司摩尔,就研发出可使用波长只有13.5奈米的EUV当作光源的光刻机,让10奈米以下的电晶体不会出现绕射的现象、导致电路的失效,而最近艾司摩尔又开发出可商用的1奈米制程光刻机,可以说是只有更小、没有极限呀!

困难重重、机会无穷

显而易见的,EUV已成为未来10奈米以下先进制程的解答之一,然而,EUV技术仍有许多困难点需要突破,除了EUV容易被空气吸收因此机器必须维持在高真空状态外,由于EUV需要透过多个反射镜来收集和提高功率,反射镜必须非常光滑,否则会让好不容易产生的EUV又消散掉。此外,进行多次反射也非常耗能,能源转换效率只有2%不到,这又让刚加入全球再生能源倡议组织(RE100)的台积电面临更严峻的考验,因此,全世界都在看台积电如何完善EUV技术,引领全球半导体业持续维持摩尔定律的神话。

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