掃描機廠商冒險嘗試　首款濕式微影工具將於第三季問世

微影技術(Lithography)正快速‘變濕’，這對通常比較保守的掃描機產業來說，無疑是一次變革。

參加日前舉行的國際沈浸式(immersion)微影技術研討會的人士指出，在2002年3月舉行的‘微影技術論壇’上首次討論該技術後只有兩年，掃描機廠商就開始將沈浸微影工具商業化，首次上市即瞄準將它們運用到實際的晶片製造過程中。

三家主要掃描機廠商─ASM Lithography、佳能及Nikon─宣佈計畫將於今年至2006期間推出193奈米沈浸工具。ASML預計能成為其中的搶先者，它計畫於今年三季將其第一款沈浸工具出售給晶圓製造廠─台積電。

台積電預計將於2005年中期在其位於新竹的12吋晶圓廠(Fab 12)安裝用於65奈米節點的‘濕’式193奈米沈浸工具，台積電微製像技術發展處資深處長林本堅博士表示。

其他大多數晶片製造商預計能在2007至2008年投入前期生產的45奈米節點上使用193奈米沈浸工具。與此同時，正將沈浸技術導入基於氟化氪雷射的248奈米掃描機中，以降低老一代工具的成本並將解析度提高20%至30%。

沈浸技術在鏡頭系統及晶圓之間增加了一層純淨水，折射率約為1.43的純淨水可以相對較小(與‘乾’式微影術相較)的成本增加來提高聚焦深度。一些支援者爭辯說，該技術可將193奈米微影術的使用延長到無限期地向超紫外線技術轉移。但沈浸同時也會增加目前正探尋解決方案的晶圓缺陷率，與會者說。

當明年中期65奈米節點進入被晶圓廠稱為‘風險生產’階段時，台積電準備先將193奈米沈浸工具用於多閘極形成及多晶接觸層，同時一些廠家準備將‘乾’式193奈米掃描儀用於65奈米節點。台積電認為：“如果我們擁有這樣的工具，只有傻瓜才不會用它”，林本堅說。

幾家大型晶片廠商的經理們說，在該技術被完全採用以前，必須先完成其對缺陷率的影響。

AMD公司高級研究部主任David Kyser說，晶片公司必須先用沈浸工具來處理數千塊晶圓，以找出缺陷率問題。抗蝕劑與水的相互作用、泡沫影響及其他隱藏問題等，在沈浸掃描儀準備就緒以前，都還未被人們充分認識，他說。

不過研究人員卻稱他們有信心通過部份地使用折射率高於純淨水折射率的‘摻雜’水，可將193奈米沈浸擴展到32奈米節點上。

在1994至1998年兼曾領導Sematech公司微影技術計畫的Karen Brown稱，新型液體正受到鼓勵。“帶水的沈浸將在兩年後出現，但如果再添加銫或其他幾種添加劑之一，則能幫助擴展193奈米製程的使用，人們會這樣去做的。而這能提供一種價格合理的新型微影術”，Brown說。

林本堅博士被人們認為是沈浸微影技術的先鋒，他曾在IBM研究該項技術長達22年之久，並在他於2000年加入台積電時極力游說台積電採用此項技術。在本次研討會期間對他進行的採訪中，林稱‘乾’式193奈米工具可提供大約180奈米的聚焦深度，而採用沈浸工具，具有0.85數位光圈(NA)的鏡頭預計能達到超過300奈米的聚焦深度，這使得能使用更好的處理窗口來解決任何鏡頭象差(變形)、傾斜或晶圓平坦度問題，他說。

林本堅說他相信193奈米沈浸微影術的廣泛應用會比假設的要大得多。反(射)折射鏡頭將會進一步增大聚焦深度，而折射率更高的液體則能將有效數位光圈增大至1.6。

這有可能使帶沈浸技術的157奈米掃描儀變得多餘，他說，同時也可能將使超紫外線(EUV)微影技術變得不切實際─這個由英特爾公司極力推薦的EUV，可能由於成本原因而永遠都不會推出，林本堅說。

“193奈米沈浸的擴展，對基礎設備的變動比157奈米或EUV系統對基礎設備的變動要小很多。如果我們能研發出折射率為1.6液體，我們就能忘掉157奈米沈浸，因為這種液體可將193奈米沈浸帶入22奈米領域，而這也會使那些主張採用EUV系統的人士極為不快”，林本堅表示。

羅徹斯特理工學院(RIT)的教授Bruce Smith稱他已經研究了各種形式、擁有高於純淨水1.43折射率的“摻雜水”。Smith稱，通過將水與硫酸鹽、鹼性物質(比如銫)或各種磷酸鹽混合，可產生能進一步擴展193奈米微影術使用範圍的電離液體。

Smith和他在RIT的同事曾得到國防部高級研究計畫署、半導體研究中心、ASML及其他機構的資助，並已開發出幾種實驗型沈浸掃描機。Smith在本次研討會上展示了帶38奈米線及間隔的圖案。折射率為1.6的液體，他說，可將沈浸193奈米掃描儀擴展到30奈米半間距，可為該產業的32奈米節點服務，並預計將於本年代末進入前期生產階段。

RIT的研究人員已經開始研究一種邊長約2毫米的193奈米沈浸微型掃描儀。被稱為AquaCat的該系統，將供水及恢復功能增加到Exitech公司帶1.05數位光圈Corning-Tropel鏡頭的微型掃描機中。

在Smith的小組將無機添加劑加入到純淨水中時，Sematech公司的研發小組則在試驗無機材料，摩托羅拉公司協會代表Will Conley說。“我們正嘗試用其他液體來提高聚焦深度”，Conley說，如果摻雜水能將折射率從純淨水的1.43提高到1.53，則可將聚焦深度提高10%，而使用折射率為1.6的液體則能將聚焦深度提高20%。

研討會主席──Sematech公司高級研究員Walt Trybula歡迎剛從實驗室出來的“工程解決方案” ，但晶片製造商“仍需將它們轉化為製造技術”，他說，“因為我們需要真正的工具”。

這些工具將很快出現。ASML、佳能及Nikon上周在研討會的宣佈，標誌著這三家公司首次聯合公開其沈浸微影技術發展藍圖。

Nikon公司稱它計畫於今年第三季完成其貝它沈浸工具，而另外一種商業級、帶數位光圈大於1.0鏡頭的沈浸工具則將於2006年推出。Nikon設計經理Soichi Owa稱，該沈浸系統將具有0.85NA的鏡頭。在升級到針對具有產業標準4倍縮放倍數的1.2NA鏡頭而設計反(射)折射鏡頭以前，Nikon將首先開發用於第一種商業沈浸工具的0.92NA及1.0NA鏡頭。據Nikon稱，反(射)折射技術將折射及折射鏡頭元素混合在一起，因而允許使用尺寸更小的鏡頭子系統。

佳能公司(日本東京)也計畫於2006年初以一款數位光圈大於1.0的‘超級NA’系統進入該市場。

佳能公司工程師Hideo Hata稱他的公司已經開發出一種帶佳能0.75NA鏡頭的‘乾’式193奈米工程測試用沈浸掃描機。佳能公司市場行銷經理Ray Morgan說，佳能將出售一款用於65奈米節點的NA大於0.9的‘乾’式193奈米沈浸工具，作為將於2006年推出的‘超級NA’系統的過渡。

同時，ASML也計畫於今年三季推出“一種製造工具，而不是一種研究工具”─1250i型沈浸掃描機，ASML工程師Donis Flagello說。1250i將現有ASML掃描儀用於‘濕’式沈浸技術。ASML計畫於2006年推出‘超級NA’系統。

展望未來，Nikon公司的Owa指出，45奈米節點及4倍放大倍數將包括與193奈米雷射源所使用的、約同樣大小的光罩圖案。隨著十字標線上圖像的波長等於或超過掃描儀光源的波長，“光罩本身就能成為一塊極化板”，他說，要求使用一種帶偏振光源的掃描儀來消除不必要的不良效果。因此佳能同時還計畫使用偏振雷射束，Owa說。

作者：來大衛