浸潤式微影技術
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IC之音廣播電台｜
2013年，國際電機電子工程師學會的西澤潤一獎，頒給了台積電的研發副總林本堅。獲獎的原因，是他在浸潤式微影技術上的成就。在同一年，台積電採用浸潤式微影技術的半導體製程營收，也突破了總營收的4成，而且還會持續攀升。請聽今天的科學三分鐘，為您分享牽動全球半導體產業的「浸潤式微影技術」。
把一根筷子放進水中，您會看到它彷彿折斷了一樣，這個現象叫做「折射」。不可思議的是，就是跟這個簡單現象類似的原理，造就了臺灣今天在積體電路製造上，生產得如火如荼的28奈米製程。我們也特別為您訪問到西澤潤一獎得主林本堅本人，為您介紹關鍵的「浸潤式微影技術」。
林本堅：「我們所謂「微影」是把一個光罩，上面一些電路的圖形，給它縮小印在晶片上。這究竟是有多小呢？那個時候，我們在做65奈米世代的時候，假使你把網球的絨毛切出來，那個截面積上面可以放3,200個電晶體。」
既然「微影」是透過曝光，把電路的圖形縮小印在晶片上，那麼，印出電路圖的線寬愈細，元件就會愈精密。然而，在線寬縮到65奈米的時候，全球的半導體產業卻遇到了技術瓶頸。於是林本堅提出了他的構想，就是從微影製程所使用的，波長193奈米的紫外光著手。
林本堅：「那時候我們覺得已經做到極限了，我們頂多能把它再縮一點，縮到55奈米，再縮不下去了。那怎麼辦？後來呢，根據光學的原理，我們就放點水在那個鏡頭的下面，就是在鏡頭跟晶片之間填滿了水。光波在真空裡面大概是193奈米的波長，它到了水之後，因為水的那個折射率是1.44，普通在真空是1，所以到了水裡，波長從193掉到134奈米，光的波長減短了，那它的解析度也就會增加了。」
這種「加了水」的微影技術，就叫做浸潤式微影技術。透過它，以及其他相關技術的發展，人類成功地讓晶片愈來愈精密，電路的線寬愈來愈細。剛剛提到在65奈米的世代，網球絨毛的小小截面積上，可以放3,200個電晶體。到了40奈米就會加倍，可以放6,400個電晶體。之後繼續發展28奈米、20奈米、16奈米線寬的技術，未來到了10奈米，在同樣的截面積上，可以放100,000個電晶體，效益相當可觀。
全球最早提出浸潤式微影技術的林本堅表示，由於臺灣在相關領域提早布局，確實掌握了一些技術優勢。舉例來說，在鏡頭跟晶片之間的水中，如果產生氣泡或漩渦，做出來的晶片就容易產生瑕疵，因此讓水完全均勻是很重要的，這點我們就做得不錯。另一方面，臺灣的技術，還可以讓水跟晶片之間，不需要額外添加被稱為「上層塗佈」的保護層，進而降低成本。正是因為許多「細節上的競爭力」，讓臺灣及早進入28奈米製程，也能繼續追求下一世代的技術領先。
今天的科學關鍵字，就是「浸潤式微影技術」，您可以透過關鍵字，進一步查詢或做延伸閱讀。
【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2013-10-13 16:55:00播出
