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半導體微影製程設備新興技術發展與產業觀察 [趨勢新知]
種類:其他公告  發布單位:技術處  發布日期:2023-01-25 17:00
作者:張雯琪/工研院

一、半導體微影製程設備的重要性

微影製程的目的是為了在晶圓上製作圖案,隨著半導體線寬愈做愈小,電晶體密度愈來愈高,從奈米進入埃米節點的世代,挑戰著曝光設備的極限,也造就ASML EUV的獨霸地位。然而除了晶圓前段製造的需求之外,在先進封裝領域,由於3D堆疊和異質整合的高密度整合元件發展趨勢,打線接合已經無法再滿足更高I/O數目的需求,因此TSV或是RDL製程的發展,讓微影機台也開始普遍運用在封裝製程上。

二、半導體微影製程設備的新興技術

目前最普遍的微影製程,是使用雷射光束搭配光罩進行投影製作圖案在晶圓上。但是隨著目標線寬愈來愈細,曝光機使用更先進的光學鏡組和演算法,使得最新的先進製程所需的EUV價格上看臺幣100億元。加上EUV機台運作的複雜性,以現役的NXE:3600D機型來說,每小時耗能1.32MW,平均每片晶圓耗能8.27kWh,在半導體綠色製造的趨勢和訴求之下,持續面臨減碳減排的轉型。因此在前段晶圓製造領域,微影製程開始出現一些新興技術,雖然尚未成熟,但部份技術也已經從研究階段進入驗證階段,以下詳細說明:

乾式光阻:
目前的微影製程包括液態光阻塗佈、軟烤、曝光、烘烤、顯影等步驟。

自組裝技術:
同樣為了增加微影精確度,並降低微影製程的成本,定向自組裝(directed self-assembly,DSA)技術持續有學者鑽研開發。

奈米壓印(nanoimprint lithography,NIL):
此方法為透過模具和相關設備,在材料上施加壓力,再透過紫外光或加熱定義出圖樣。

雷射直寫:
此技術為直接透過操控雷射光束,對晶圓上的光阻進行掃描,製作出圖樣。好處是不需要光罩或模具,可以進行少量多樣的圖樣印製。

三、半導體微影製程設備的產業觀察

半導體微影製程中的曝光機、光阻塗佈/去除、光罩製作/清洗/修補/傳載/儲放、量檢測等設備,組成一個微影製程設備生態系。在這個生態系中的各種設備,以曝光機為技術領頭羊,其他設備則圍繞著曝光機的發展而與之俱進。微影製程近年來隨著電晶體密度提高,結構細緻化、複雜化,使用的曝光機、光罩和相對應的量檢測設備,包括缺陷檢測、疊對量測設備等更加重要。此外,使用機台物聯網將曝光機與量測設備進行資料串聯,再以演算法優化曝光參數,讓曝光良率提高,也是微影解析度和誤差可以持續精進的重要關鍵做法。

四、結語

晶圓廠在技術爭霸過程中,曝光設備的等級、規格、數量,已經成為晶圓廠元件研發能力的指標,是最關鍵的設備項目,所以台積電、三星和英特爾都密切關注ASML EUV的生產進度和出貨狀況。
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更新日期:2020-04-28

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