
蔡司DUV微影光學元件
創新的解析度與精準度驅動因素更短、更精細、更準確-且人眼看不到
人眼可見光的光譜波長大約在400和800奈米之間。這波長太長,無法滿足今日半導體製造需求。將晶片的精細結構在矽晶圓上曝光所需波長低於人眼可見光的光譜波長。全球晶片製造商使用蔡司半導體的微影光學元件(德國未銷售),可在波長為365、248和193奈米的「深紫外光」(DUV光)範圍內進行奈米等級精度的曝光。
浸潤式可提高解析度
前代微影技術的解析度因晶圓上方空氣空間而受限。恩斯特.阿貝早已提出光學顯微鏡的解析度受限於光波長和數值孔徑(又稱阿貝極限)。數值孔徑是由圖像平面上方最後一層介質的折射率以及光學元件的孔徑角度所產生。而光學元件的孔徑角度又取決於光學元件的尺寸。先前的微影技術在這方面已經達到經濟上可行的極限。若要再提高解析度,就需要新方法。而解決方案就是填充晶圓上方空氣空間的浸潤式液體。阿貝早就研究過顯微鏡的浸潤式原理,後來也成功地將浸潤式光學元件用於DUV微影技術。

使用浸潤式提高解析度
這套方法已成功運用在顯微鏡上。自2000年代中期開始,這套方法也運用在蔡司半導體的晶片製造光學元件上。在光學元件和晶圓之間引入液體,並讓光學鏡頭浸入液體中(浸潤式)。由於水的折射率較高,光束會更強烈偏轉,進而加大數值孔徑,解析度也因此明顯提高。例如:使用波長193奈米的光,蔡司微影光學元件可達到小於40奈米的解析度。
用於成像優化的高度彈性照明系統
為突破光學解析度的極限,照明設定的選擇在優化成像程序上扮演非常重要的角色。照明設定和光罩佈局經過共同優化後,可確保成像程序根據目標轉印,且對製程變化有足夠的容錯空間。為支援最先進的光源和光罩優化,蔡司照明系統提供幾近無限的自由度,以達客戶特定優化。自2009年起,浸潤式系統配備FlexRay照明器:其微鏡陣列可實現即時的使用者自訂照明設定,無需任何前置時間,即使是最先進的晶片設計,也能確保最高、最穩定的成像品質。

蔡司是技術先驅
我們的策略合作夥伴艾司摩爾-採用蔡司半導體的光學元件-是全球第一家將浸潤式微影技術帶入成熟製程的製造商。隨著這套浸潤式光學原型的問世,蔡司半導體在2003年改變了光學微影技術的發展藍圖。過去,157奈米微影技術被視為未來科技,如今,浸潤式微影技術已成為延續摩爾定律的新方法。 現在,我們的策略合作夥伴艾司摩爾晶圓曝光設備內的蔡司微影光學元件已經成為先進晶片製造的核心要素,為 半導體產業奠定基礎。
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全球約80%的晶片都是使用蔡司光學元件所製造。
常見問題
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晶片製造需要最先進的技術,才能在薄矽晶圓上建立最精細的結構。這些結構形成積體電路(IC),亦即晶片。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)使用波長為365、248和193奈米不可見紫外線光譜中的光。過去50年來,蔡司半導體進一步縮短了光線的波長,並提升了解析度,以因應更小結構和更強大的晶片。身為技術領先者,我們提供最先進的乾式DUV微影(Dry DUV)和浸潤式DUV微影(DUV Immersion)系統,並積極開發新產品,以形塑未來。
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光源、照明系統、光罩、投影光學元件和晶圓是DUV微影系統的核心元件:汞蒸氣燈或專門的氣體雷射,即所謂的準分子雷射,會產生紫外線波長範圍的DUV光。蔡司半導體透過其光學模組部門提供準分子雷射的光學元件。這些光學元件必須能承受高強度和低波長的光。資訊-類似晶片的藍圖-位於投影光罩上。蔡司半導體的光學系統使用DUV光將圖案投影在縮小四倍的矽晶圓上。這使得DUV微影系統有如「倒置的幻燈片投影機」。
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無論是汽車、智慧型手機、智慧型冰箱或電腦,在我們的數位生活與工作環境中,幾乎所有裝置都含有晶片。如果沒有DUV技術,根本無法製造這些晶片。這項技術既具備經濟效益又功能強大,晶片製造商繼續使用各種DUV波長-193、248和365奈米-來製造晶片的大多數光罩層。甚至是採用EUV技術製造的晶片,大多數的IC層(積體電路)也是以DUV技術為基礎。全球約80%的晶片都是使用蔡司光學元件和我們的策略合作夥伴艾司摩爾的微影機所製造的。而其中大部分-超過95%-使用DUV光。這使得蔡司成為市場領導者,為半導體產業樹立標竿。
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由於日益數位化和未來趨勢之故(如:物聯網、人工智慧和智慧城市),晶片的需求也持續急遽增加。晶片在應用上必須堅固耐用,製造方面也必須符合成本效益。拜成熟且已廣泛應用的DUV技術之賜,這一切成為可能。該技術可以滿足市場需求,特別是基礎晶片。先進晶片在製程中須結合EUV和DUV微影技術。現今以及未來,高階晶片的大多數光罩層在製造時都會使用來自「乾式」系統(DUV dry)的DUV光。做為數位時代的驅動力,DUV、EUV和High-NA EUV微影技術將彼此互補,持續並存。
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