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浸潤式微影技術
2015/11/02
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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。
 
 
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
 
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折射(13)微影技術(1)
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