產業趨勢報告|半導體發展之技術回顧與瓶頸 (下)

Published On: 2022/12/01|Categories: 科技|

微影技術是決定元件尺寸的關鍵製程,在光阻上製作電路圖案的曝光機是其核心設備,根據Rayleigh Criterion公式,能曝出的最小線寬與曝光機使用的光源波長(λ)成正比及與數值孔徑(NA)成反比。通常是藉由更換光源來提升設備曝光能力,表1是曝光機技術發展歷程,目前全球有能力研製半導體前段晶片製造用曝光機僅有Nikon、Canon和ASML等三家廠商。2005年以前Nikon和Canon是全球半導體曝光機市場的霸主,當時半導體龍頭Intel使用的曝光機幾乎都是由 Nikon為它量身打造,當時台積電和Samsung還是半導體業界的小公司,ASML只是剛成立的曝光機小廠。因為ArF光源的曝光解析度極限在65nm,為了讓半導體前段製程能往更小尺寸發展,Nikon與Canon選擇開發使用波長更短的157nm光源曝光機,不幸遭遇重大困難而宣告失敗。ASML則是與台積電合作、在2004年開發出第一台沿用波長193nm光源的浸潤式曝光機,不僅解決半導體製程瓶頸,搭配多重曝光技術還可沿用至7nm製程,之後成為市占率遙遙領先的半導體前段製程曝光機霸主,目前是全球唯一有能力研製極深紫外光(EUV)曝光機的廠商。為因應3nm以下節點製程需求,ASML與微電子研究中心合作研發具備高孔徑(High-NA)的極深紫外光曝光機,預計於2024年推出,正好趕上台積電與Intel的2nm量產時程。除曝光機外,微電子研究中心還研發新式光阻、光罩防微粒汙染用薄膜等配套技術。元件持續微縮提高薄膜覆蓋與蝕刻的困難度,為此設備商已推出原子層沉積(ALD)與原子層蝕刻(ALE)設備,前者是以單層原子沉積方式形成薄膜,後者則是以單層原子移除方式去除薄膜。原子層沉積與蝕刻設備只適用於無機材料,隨著越來越多有機材料導入先進製程,設備商正開發分子層沉積(MLD)與分子層刻蝕(MLE)設備,另外還著手研發讓前述設備具有選擇性沉積或蝕刻的能力,可減少微影製程步驟以降低設備採購數量。

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