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一名員工在無塵室內研究蔡司半導體全新High-NA-EUV技術
高數值孔徑極紫外光微影

更多光線呈現更多細節 極紫外光微影的下一步：高數值孔徑極紫外光微影光學

明日的半導體生產技術

蔡司半導體製造科技（SMT）、其策略合作夥伴艾司摩爾和其他合作夥伴實現極紫外光微影的技術性躍進，這將使摩爾定律延續到 2020 年代後半段，並為在晶片上裝載更多電晶體奠定基礎。自 2026 年開始，蔡司半導體將透過進一步發展高數值孔徑極紫外光微影技術協助半導體產業生產下一代晶片－支持摩爾定律延續到 2030 年以後。適用於自動駕駛；適用於人工智慧；適用於日常生活數位化領域。

極紫外光，極精細

極紫外光微影技術採用波長 13.5 奈米的極紫外光，將精細結構成像在晶圓上。蔡司半導體的反射鏡收集此光線，並確保將光罩圖樣投影到晶圓上。這是為全球數位化製造更強大晶片的方式，讓未來科技和創新得以實現。

愈做愈大，愈做愈小

採用更廣角範圍的光源來映射結構，​這表示極紫外光光學系統也勢必愈來愈大。此原理在攝影鏡頭或天文望遠鏡中早已為人所知－半導體製造領域亦採用類似方式。決定角度範圍的關鍵參數在於數值孔徑（NA），​光學系統能接收光線的角度範圍愈大，所呈現的細節愈精細。​

數值孔徑愈大，系統尺寸愈大

現有極紫外光微影技術使用的數值孔徑為 0.33，高數值孔徑極紫外光微影技術的數值孔徑為 0.55。由於數值孔徑變大，照明系統和投影光學元件也必須大幅加大，蔡司半導體和其策略合作夥伴艾司摩爾，以及合作網絡內超過 1,200 個合作夥伴，共同面對此項挑戰。

蔡司半導體員工站在無塵室內High-NA-EUV機台的鏡片前方

曝光範圍愈大，電晶體愈多

高數值孔徑極紫外光微影技術－名稱說明一切：0.55 的數值孔徑遠大於極紫外光微影技術使用的 0.33。這也推升了照明系統和投影光學元件的突破：光源（包括全世界最強大的脈衝式工業雷射）維持不變；高數值孔徑極紫外光微影技術使用的照明系統重量達六噸左右－是原先的四倍。高數值孔徑極紫外光微影技術使用超過 40,000 個投影光學元件，重量約 12 噸，確保高精密聚焦－體積和重量是既有極紫外光微影技術的七倍。

Peter Kürz博士的照片

高數值孔徑極紫外光微影技術使用的鏡片在尺寸和精密度上皆獨一無二，為此我們開發了全新的系統設計。

Peter Kürz 博士 蔡司半導體高數值孔徑極紫外光微影技術業務領域主管

高數值孔徑極紫外光微影技術總覽

High-NA-EUV系統及其元件概覽

更微型、更強大、更節能

採用高數值孔徑極紫外光微影技術，可在晶片上實現小於 10 奈米的光學解析度－相較於現行極紫外光世代，這表示相同面積上可容納約三倍的結構。​蔡司半導體已著手研究更精細結構的技術－讓全球晶片製造商能生產更微型、更強大且更節能的晶片。

蔡司半導體無塵室內的鏡片

全世界最精密的鏡片模組

以原子級精密度製造，由超過一百層鍍膜構成，該鏡片模組是高數值孔徑極紫外光技術的核心。尺寸遠大於現行的極紫外光微影鏡組－且製造時間約需一年。

蔡司半導體量測與無塵室真空室入口

重達 150 噸的絕對精密度

我們來做一個想像實驗：若要將高數值孔徑極紫外光微影鏡片放大至與德國相同面積，量測技術就必須能夠精確測量到 100 微米，這種精密到比原子還精細的量測技術直到如今才出現。因此，蔡司半導體與其策略合作夥伴艾司摩爾，在開發高數值孔徑極紫外光微影技術的同時，也開發了此量測技術以驗證所生產的鏡片品質。

Thomas Stammler博士的照片

用於量測高數值孔徑極紫外光微影鏡片的技術，是蔡司有史以來打造過最複雜的機台。這全要感謝我們與策略合作夥伴艾司摩爾，以及合作夥伴網絡的共同努力才得以實現。

Thomas Stammler 博士 蔡司半導體技術長
兩名員工站在蔡司半導體無塵室的真空室內High-NA-EUV微影量測機台前

原子級別的精密量測技術

高數值孔徑極紫外光微影鏡片是在直徑五公尺的真空腔室內量測－欲達到必要的測量精密度，必須付出巨大努力。此量測裝置約重 150 噸，設於 5x10 公尺大小的真空腔室內。高數值孔徑極紫外光微影鏡片約為極紫外光鏡片的兩倍大、十倍重。在製程中，鏡片表面必須以次奈米級的極高精密度測量數次。​

所有參與者在蔡司半導體交付投影光學元件時合影

成千上萬人推動摩爾定律持續向前

蔡司半導體目前有 8,500 多名員工，其中約 2,000 人負責高數值孔徑極紫外光微影技術。下一代技術躍進是蔡司半導體、策略合作夥伴艾司摩爾和超過 1,200 個合作夥伴的團隊努力成果。極紫外光微影技術是經過 30 多年研發，蔡司半導體和艾司摩爾投入數十億歐元，以及德國聯邦政府和歐盟技術主權資助的成果。這項未來科技擁有超過 2,000 個蔡司專利。

高數值孔徑極紫外光技術亮點

蔡司半導體高數值孔徑極紫外光技術光學元件：德國未銷售
  • High-NA-EUV微影技術的照明系統產品圖片

    照明系統

    極紫外光會被所有材料吸收－包括空氣。因此，高數值孔徑極紫外光微影光學元件由反射鏡面組成，並且在真空中操作。以極高穩定性固定鏡片位置的機電設計，以及光學系統的整合，需要全新的概念。高數值孔徑極紫外光微影技術的照明系統，是由超過 25,000 個組件所構成，重量超過六噸。

  • High-NA-EUV投影光學元件產品圖片。

    投影光學元件

    投影光學元件是由超過 40,000 個組件構成，重量達 12 噸，可進行高精密聚焦－體積和重量是既有極紫外光微影技術的七倍。高數值孔徑極紫外光微影技術的解析度更好，可裝載的電晶體數量是目前世代晶片的三倍。

  • 蔡司半導體無塵室內的量測技術真空室

    量測

    高數值孔徑極紫外光微影光學元件具有較大的數值孔徑，所需鏡片的表面更大，曲率更極端，因此也需要更高的精密度。蔡司半導體為其主要針對生產高數值孔徑極紫外光微影光學元件所開發的量測機台，奠定全新的量測標準。

常見問題

  • 高數值孔徑極紫外光微影技術是極紫外光微影技術的進一步發展，較高的數值孔徑能讓小於 10 奈米的結構成像在晶片上，因此，摩爾定律將持續至 2030 年以後。

  • 高數值孔徑極紫外光微影技術是極紫外光微影製程的進一步發展。高數值孔徑極紫外光微影技術的數值孔徑（NA）為 0.55，遠大於前一代極紫外光的 0.33，因此有更寬角度範圍的光線可用於成像。高數值孔徑極紫外光微影技術可成像在晶片上的結構高達三倍。然而，數值孔徑越大，表示投影光學元件和照明系統也要遠大於既有的極紫外光系統。

     

  • 目前有一家晶片製造商計畫從 2025 年開始在量產中使用配備高數值孔徑極紫外光微影技術的機台。艾司摩爾是全球唯一的極紫外光微影機製造商。蔡司半導體是艾司摩爾的策略合作夥伴，獨家為這些機台提供光學元件。

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