2008年6月30日 星期一

妳應該懂的--微影技術(Lithography)

微影技術(Lithography)是半導體產業中最重要也最關鍵的步驟。如何將設計好的圖案,清楚且完整的轉移到光阻上,就成了最棘手的問題。以目前半導體廠中,各家廠商無不想盡辦法將更多元件整合在一片晶圓中,總是希望在有限的晶圓面積中裝進更多元件。

但是如何辦到呢?唯一的方法就是,將光罩(Photo mask)上設計的圖案縮小。但在縮小的同時,圖案的線寬也會縮小才能設計更多元件。

通常,線寬的大小與光源波長成正比關係。也就是說,線寬越小波長也必須越小。所以,很多工程師們都朝著改善光源波長的方法,將原件增加在固定不變的晶圓面積中。以現在的製程最常見的波長是G-Line(436nm)及I-Line(365nm)的350nm、500nm,甚至KrF(248nm)與ArF(193nm)的250nm、100nm微影製程。

雖然,工程師們已經想到用更小波段的波長來改善線寬的大小,但是隨之而來的代價是,生產成本提高及製程困難的難題。也因為如此,微影技術的進步關係到半導體產業的成長空間。讓我們想想,如果一支手機在一定的體積內可支援200個功能,而微影技術從今天為止不再進步了,那我們可以預計在未來5年、10年甚至100年,手機還是只能維持200個功能。所以,正在看文章的妳知道微影技術有多重要了吧。

幸好,正在攻讀台大博士班的我,正在為你們解決這個問題,未來、請看好戲上場吧。

在談論微影技術時,我必須告訴親愛的妳幾個相關的公式,就是根據雷利準則(Rayleigh criterion) 而來的“解析度公式”及“景深公式”。這裡有一個重要的關係就是解析度與景深公式是成反比的(很重要歐)。如果有人問你解析度與景深公式關係時,千萬別說不知道了。
解析度公式:



λ是光源波長大小
NA是數值孔徑(就是透鏡大小的關係)
然而,解析度公式也是繞射極限(Diffraction limit)公式(很難懂吧。如果你記下來,不知道的人會發現你很聰明)。
從解析度公式簡單看看會發現,解析度越大(越好、越清楚)光源波長會越短。

再來談論另一個重要的公式
景深公式



同樣的: λ是光源波長大小
NA是數值孔徑(就是透鏡大小的關係)

景深是甚麼東東?一定剛開始的人都不懂。沒關係。很簡單。只要你記住是,能夠得到最好解析度的光源深度(好像還是很難懂)。
看圖吧。














但是上帝是公平的。有一好就很難有二好。根據光學實驗發現,景深公式與解析度公式成反比(天啊、怎麼會這樣)。解析度越好、景深越差。但是,景深越好越適合生產(難道我們應該為了量產賺錢而不管解析度好壞而亂做一通嗎?如果是這樣,誰會去支買破銅爛鐵的手機呢?因為解析度差、元件成品就會有問題。)

說了這麼多,工程師解決的方式還是先改善NA(終於出現了)。工程師們一定會在改善光源波長問題之前,試著解決NA,因為解決NA的方式成本較低、所以等待NA解決遇到瓶頸之後,才會試著改善光波長,接著人力、物力及成本都必須大幅度的更換、困難度提高,你必須知道這是一個極嚴肅的問題。因為,微影成本占整個半導體廠成本的30%。也就是說半導體廠有100元的成本去買幾百樣的製程設備,其中、必須花30元買一台微影製程設備。看吧,微影製程真的很重要。也想想賣微影設備的廠商賺很飽吧。

沒關係,這一切真的沒關係。因為,正在台大受教育的我,以我的聰明努力,加上堅強研究團隊與豐富教學資源,一定會為半導體廠帶來一線生機。為我加油吧。讓這世界看我的吧。

I Love You

Andy ... I love you!
From Tina