何謂深紫外光微影？

晶片的生產須藉助最先進的技術才能在矽晶圓上打造出最微細的結構，這些結構形成積體電路，即晶片。蔡司半導體製造科技（SMT）的 DUV 微影光學（深紫外光）所使用的光來自肉眼看不見的紫外線光譜，波長介於 365、248 和 193 奈米範圍以便能達到精密曝光。過去 50 年來，蔡司半導體更進一步縮短波長，並在解析度上取得進展，以便搭配更精巧的結構和效能更強大的晶片。作為科技先驅，我們在乾式微影（Dry DUV）和浸潤式微影（DUV Immersion）技術上提供最先進的系統，並以開發新產品積極塑造未來。

深紫外光微影系統如何運作？

光源、照明系統、光罩、投影光學元件和晶圓是深紫外光微影系統的核心元件：汞蒸氣燈或特殊氣體雷射器（也就是準分子雷射器）可在紫外線波長範圍內產生深紫外光。蔡司半導體透過光學模組部門為準分子雷射器提供光學技術，這些光學技術必須能在高光強度下運作。此處的資訊（是晶片的一種藍圖）位在投影光罩上（倍縮光罩）。蔡司半導體光學系統使用深紫外光將圖案投影至縮小四倍的矽晶圓上，這使得深紫外光微影系統可比作「反向的幻燈投影機」。

深紫外光微影有何用途？

無論是汽車、智慧型手機、智慧型冰箱或電腦，幾乎在我們數位生活與工作環境中的所有裝置皆含有晶片。若無深紫外光技術，這些晶片根本不存在。由於這項技術既具經濟性又強大，晶片製造商繼續使用各種深紫外光波長－ 193、248 和 365 奈米－生產最多層的晶片。即使是使用極紫外光技術製成的晶片，大部分的 IC 層（積體電路）是以深紫外光技術為基礎。全球所有晶片中約 80% 是使用蔡司光學與策略合作夥伴艾司摩爾微影設備所製造，這些大部分（超過95%）是以深紫外光所生產。蔡司因此成為市場領導者，引領著半導體產業。

為何深紫外光微影在未來仍將扮演重要角色？

由於數位化日益蓬勃發展以及如物聯網、人工智慧和智慧城市等未來趨勢，對晶片的需求持續快速成長。晶片在應用上必須穩定且具生產成本效益。得益於深紫外光技術的成熟與普及，讓這個優勢成為可能。這項技術滿足市場需求，尤其是基礎晶片。進階晶片的製程中結合極紫外光和深紫外光微影技術。放眼當今與未來，高端晶片大部分的層是使用「乾式」系統（DUV乾式）的深紫外光生產而成。深紫外光、極紫外光和高數值孔徑極紫外光微影技術是數位化的推手，將繼續共存成為相輔相成的技術。

深紫外光微影

蔡司深紫外光微影光學

Q: 何謂深紫外光微影？

晶片的生產須藉助最先進的技術才能在矽晶圓上打造出最微細的結構，這些結構形成積體電路，即晶片。 蔡司半導體製造科技（SMT） 的 DUV 微影光學（深紫外光）所使用的光來自肉眼看不見的紫外線光譜，波長介於 365、248 和 193 奈米範圍以便能達到精密曝光。 過去 50 年來，蔡司半導體更進一步縮短波長，並在解析度上取得進展，以便搭配更精巧的結構和效能更強大的晶片。作為科技先驅，我們在乾式微影（Dry DUV）和浸潤式微影（DUV Immersion）技術上提供最先進的系統，並以開發新產品積極塑造未來。

解析度與精密度是創新的驅動因素

更短、更精細、更精密－且人眼看不到

人眼可見光的光譜波長約介於 400 至 800 奈米之間，對於現今半導體製造需求而言，此範圍遠遠過長。要在矽晶圓上曝光晶片的精密結構，必須採用低於人眼可見光譜的波長。憑藉蔡司半導體的微影光學元件（德國未銷售），全球晶片製造商得以在「深紫外光」（DUV 光）波長範圍（365、248 及 193 奈米）實現奈米級精度的曝光技術。

深紫外光微影的運作原理

所需的深紫外光由準分子雷射器產生，此類氣體雷射器能產生波長範圍位於紫外線波段的電磁輻射。準分子雷射器目前是紫外線光譜區域中最具靈活性與最強大的光源。

圖中顯示的是安裝於準分子雷射器內的模組。
蔡司半導體供應準分子雷射器的蔡司光學元件必須能在高光強度與低波長的環境下運作。
根據不同波長，會使用不同氣體：在 248 奈米時使用氟化氪（KrF），而在 193 奈米則採用氟化氬（ArF）。
投影光罩或光柵承載著晶片的藍圖。
透過蔡司半導體光學系統，光罩上的資訊經縮小後投射至矽晶圓表面。類似於將影像投影至螢幕的幻燈機，深紫外光可將光罩圖案以大幅縮小後的尺寸複製於晶圓上。
照明系統的品質與形態以及蔡司投影光學系統的解析能力，共同決定了晶片結構的最小尺寸。
透過深紫外光技術，結構解析度可達 40 奈米－這得益於深紫外光微影領域首度採用的新技術：浸潤式微影

數值孔徑

透過浸潤式技術實現更高解析度

過往微影技術的解析度受限於晶圓上方的空氣間隙，恩斯特．阿貝早已提出：光學顯微鏡的解析度受光波長與數值孔徑（亦稱阿貝極限）所限制。數值孔徑取決於圖像平面上方最後介質的折射率與光學元件的孔徑角，而光學元件的孔徑角又取決於光學元件尺寸。傳統微影技術在此已達到經濟可行的極限，若要提升解析度必須採用新方法。解決之道在於使用浸液填滿晶圓上方的空氣間隙。阿貝早先已在顯微鏡領域研究過浸潤式原理，現已成功將此原理運用於深紫外光微影的浸潤光學系統中。

採用浸潤技術提升解析度

在顯微鏡領域，此方法早已獲得驗證。自 2000 年代中期起，蔡司半導體亦將其應用於晶片製造的光學系統。將液體注入光學元件與晶圓之間並將光學鏡頭浸入其中（浸潤），由於水的折射率較高，光束會產生更強烈的偏折，從而提升數值孔徑，使解析度獲得顯著提升。舉例而言，蔡司微影光學元件在 193 奈米光波長下，可實現低於 40 奈米的解析度。

高度靈活的照明系統，可實現成像優化

在突破光學解析度的極限時，照明設定的選擇在優化成像流程中扮演關鍵角色。照明設定與光罩佈局進行協同最優化，以確保精準對標並具備足夠的製程變異容忍度。為支援最先進的光源光罩最佳化技術，蔡司照明系統提供近乎無限的自由度，以實現客製化優化方案。自 2009 年起，浸潤式系統配備 FlexRay 照明器：微鏡陣列可即時實現使用者自訂照明設定，無須任何準備時間，確保即使面對最先進的晶片設計，也能提供最高品質且最穩定的成像效果。

蔡司作為技術領先者

我們的策略合作夥伴艾司摩爾－採用蔡司半導體光學元件－成為全球首家將浸潤式微影技術推向量產成熟階段的製造商。憑藉此款浸潤光學原型，蔡司半導體於 2003 年徹底改寫微影光學的發展藍圖。當 157 奈米微影技術曾被視為未來科技之際，浸潤式微影技術如今已確立為延續摩爾定律的關鍵途徑。今日我們策略合作夥伴艾司摩爾所生產之晶圓步進式與掃描式曝光機中搭載的蔡司微影光學元件，已成為現代晶片製造的核心要素，並引領半導體產業的發展步伐。

前往微影光學

全球約 80% 的晶片皆採用蔡司的光學元件進行製造。

Thomas Stammler 博士技術長

DUV 技術亮點

蔡司半導體深紫外光微影光學元件：德國未銷售

193 奈米微影技術（ArF）

透過浸潤式技術實現更高解析度。蔡司 Starlith® 1982i 為該公司最成功且暢銷的產品之一，透過採用氟化氬（ArF）準分子雷射器，可實現低於 40 奈米的解析度。

蔡司 Starlith® 1460 是一款能實現 55 奈米解析度的微影光學系統，該系統廣泛應用於全球晶片量產領域，採用「乾式」系統設計，即最後一組透鏡與晶圓之間存在空氣層。
248 奈米微影技術（KrF）

Starlith® 860 微影光學系統是蔡司半導體最暢銷的氟化氪（KrF）準分子雷射器光學系統之一，解析度範圍為 110 至 90 奈米。

Starlith® 1000 同樣屬於量產型產品，運作波長為 248 奈米，可實現低至 80 奈米的解析度。
365 奈米微影技術（I line）

蔡司Starlith® 400 採用 365 奈米波長運作，適用於例如非關鍵結構的微影製程。該光學系統可實現 220 奈米的結構尺寸，並採用高壓汞蒸氣燈。
窄線寬模組（LNM）

雷射腔室產生的輻射雖屬準單色光，仍需進一步縮減波長頻寬，以避免將光罩結構投影至晶圓時產生成像誤差。

作為頻寬降低模組，窄線寬模組（LNM）透過分束雷射光並將其波長頻寬降低至目標範圍來達成此任務。
雷射器用光學元件

DUV 雷射器的深紫外光輻射具有極高的能量密度，可能導致雷射應用材料產生劣化現象。因此蔡司半導體專注於研究光學材料劣化現象的物理與化學降解機制，並開發出抗劣化光學元件。

這些元件可在雷射器中執行多種工作：包含擴束或縮束的棱鏡、反射部分光線並讓另一部分通過的分束器，以及反射與抗反射鍍膜。
照明系統

光罩的照明在優化微影成像製程中扮演關鍵角色－靈活性與控制力至關重要。針對每種投影光學元件，我們皆開發專屬照明系統，此設計可確保各模組能協同運作，於客戶現場發揮最佳效能。

晶片的生產須藉助最先進的技術才能在矽晶圓上打造出最微細的結構，這些結構形成積體電路，即晶片。蔡司半導體製造科技（SMT）的 DUV 微影光學元件（deep ultraviolet light，深紫外光）所使用的光來自肉眼看不見的紫外線光譜，波長介於 365、248 和 193 奈米範圍以便能達到精密曝光。過去 50 年來，蔡司半導體更進一步縮短波長，並在解析度上取得進展，以便搭配更精巧的結構和效能更強大的晶片。作為科技先驅，我們在乾式微影（Dry DUV）和浸潤式微影（DUV Immersion）技術上提供最先進的系統，並以開發新產品積極塑造未來。
光源、照明系統、光罩、投影光學元件和晶圓是深紫外光微影系統的核心元件：汞蒸氣燈或特殊氣體雷射器（也就是準分子雷射器）可在紫外線波長範圍內產生深紫外光。蔡司半導體透過光學模組部門為準分子雷射器提供光學元件，這些光學元件必須能在高光強度與低波長下運作，其圖案資訊（類似晶片的藍圖）位於投影光罩上（倍縮光罩）。蔡司半導體光學系統使用深紫外光將圖案縮小四倍並投影至矽晶圓上，這使得深紫外光微影系統可比作「反向幻燈片投影機」。
無論是汽車、智慧型手機、智慧型冰箱或電腦，幾乎在我們數位生活與工作環境中的所有裝置皆含有晶片。若無深紫外光技術，這些晶片根本不存在。由於這項技術既具經濟性又強大，晶片製造商繼續使用各種深紫外光波長－ 193、248 和 365 奈米－生產最多層的晶片。即使是使用極紫外光技術製成的晶片，大部分的 IC 層（積體電路）是以深紫外光技術為基礎。全球所有晶片中約 80% 使用蔡司光學與策略合作夥伴艾司摩爾微影設備所製造，這些大部分（超過95%）是以深紫外光生產。蔡司因此成為市場領導者，引領著半導體產業。
由於數位化日益蓬勃發展以及如物聯網、人工智慧和智慧城市等未來趨勢，對晶片的需求持續快速成長。晶片在應用上必須穩定且具生產成本效益，而得益於深紫外光技術的成熟與普及，使這一切成為可能。這項技術滿足市場需求，尤其是基礎晶片，而進階晶片的製程中更結合極紫外光和深紫外光微影技術。放眼當今與未來，高端晶片大部分的層是使用「乾式」系統（DUV乾式）的深紫外光生產而成。深紫外光、極紫外光和高數值孔徑極紫外光微影技術是數位化的推手，將繼續共存成為相輔相成的技術。

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