光刻原理 之光和鐳射 ASML

從可見藍光到不可見的極紫外光，ASML 的光刻機在光和鐳射方面不斷創新

什麼是光波長？就像大海中的波浪一樣，光以一系列波峰和波谷的形式傳播。

峰之間的距離稱為波長。

光的波長越短，可以在光刻工藝中印刷的微晶片特徵就越小。

在 ASML 的整個歷史中，我們一直支援晶片製造商過渡到新的光刻波長，從而使更先進的微晶片成為可能。

向前邁出的每一步都需要對光的產生方式進行創新，從可見藍光到 ASML 獨有的極紫外 (EUV) 技術。

汞燈：從藍色到紫外線

ASML 成立時，最先進的光刻光源是汞蒸氣燈。

這透過使電流透過含有汞的燈泡來產生光。

電流加熱汞，直到它變成等離子體，發出各種波長的光。

使用干涉濾光片選擇所需的波長。

我們的第一個光刻系統使用這種設定來建立波長為 436 奈米 (nm) 的藍光，稱為汞 g 線。

他們可以列印小至 1 微米（1,000 奈米）的特徵。

為了實現更小的功能，我們很快切換到波長為 365 nm 的不可見紫外 (UV) 光。

這些後來的 i-line 系統將特徵尺寸推到了 1 微米以下，最終達到了 220 奈米。

鐳射和深紫外

在 1980 年代中期，行業對更小功能的需求導致又一次轉向更短的波長。

而這一次，需要一種全新的製造光的方法：鐳射。

特別是深紫外 (DUV) 準分子鐳射器。

這些鐳射器使用通常不會結合的氣體混合物。

然而，當施加足夠的能量時，兩種氣體的原子結合在一起形成激發的臨時分子（準分子）。

被激發的分子以光的形式釋放多餘的能量，其波長取決於所使用的氣體。

KrF：DUV 黎明

第一個 DUV 系統使用基於兩種元素組合的準分子鐳射器：氪和氟。

這些氟化氪 (KrF) 鐳射器產生波長為 248 奈米 (nm) 的光。

150 nm KrF 系統縮小了以前 i-line 系統可能實現的 280 nm 的特徵尺寸。

現代 KrF 系統現在可以生產低至 80 nm 的特徵。

深入瞭解 ArF

更深入地瞭解紫外光譜，下一代 DUV 光刻系統使用氟化氬 (ArF) 準分子鐳射器，產生波長為 193 nm 的光。

這使得能夠列印 38 nm 的特徵尺寸。

創造 EUV 光

EUV 光刻是 ASML 獨有的一項技術，它使用波長為 13.5 奈米的光。

該波長比 DUV 光短 14 倍以上。

EUV 光自然發生在外太空。

但是為了使 EUV 光刻成為可能，我們需要設計一種方法來在系統內產生這種光。

因此，我們開發了一種全新的方法來為光刻產生光。

在我們的鐳射等離子體 (LPP) 源中，直徑約 25 微米的熔融錫滴以每秒 70 米的速度從發生器中噴射出來。

當它們下落時，液滴首先被低強度鐳射脈衝擊中，使它們變平成薄餅形狀。

然後，一個更強大的鐳射脈衝使扁平的液滴汽化，以產生髮射 EUV 光的等離子體。

為了產生足夠的光來製造微晶片，這個過程每秒重複 50,000 次。