EUV是個什麼酷東西？ — 決定未來半導體先進製程的關鍵技術
日期：2020/12/04
文：B.H.Huang / 校稿: Y.C.Lo
閱讀程度：普通
閱讀時間：5 min
這兩年我們常常看到以下這些科技新聞：「三星動工國內第 6 座晶圓生產線！採 5 奈米 EUV 製程，迎戰台積電」、「台積電掃貨 EUV 光刻機，三星為什麼落後了？」，EUV這個字眼一直出現在各大半導體新聞，感覺是個很重要的技術，可是心裡又一堆問號這到底在幹嘛，別擔心，今天SemiKnow手把手來帶你認識「EUV」。
看！就是那道光
EUV，全名為Extreme Ultraviolet，中文叫做「極紫外光」，是一種波長極短的紫外光，一般生活中要塗乳液防曬的紫外線波長約在100~400奈米，而極紫外光才13.5 奈米而已，可說是頻率更高、能量更強的光，不過因為這個波段的光很容易被空氣等介質吸收，反而不如紫外光對人體有那麼多影響哦！
在上一篇《打造IC裡的樂高世界 — 微影製程》裡我們提到微影製程(Lithography) 就是用光在晶圓上面刻出我們想要的圖案，而因為電晶體的尺寸不斷在微縮，到了近幾年10奈米以下的製程，就需要使用EUV來當作光的來源。但是，為什麼要是EUV？為什麼不能用其他的可見光？那蠟筆小新的動感光波可以嗎？
原來都是「繞射」惹的禍
是的以上那些光都不行，只有波長夠短的EUV才行，但這是為什麼呢？這就要聊聊光的基本特性-繞射。繞射是指「當波在行進過程中遇到障礙物或是孔洞時，不再直線前進，而是像漣漪擴散到四周的現象」，例如平常你站在街角還是可以聽到另外一頭人講話的聲音，就是因為原本只會直線前進的聲波，遇到轉角或縫隙後產生繞射，讓聲波「轉彎」了，才能進入你的耳朵讓你聽見。
光本身也是一種波，那為什麼日常生活中我們幾乎沒看過轉彎的光呢？那是因為光的波長相對於聲波來說是非常小的，聲波的波長約在幾十公分左右，但可見光的波長只有300到800 奈米，因此原本那些孔洞都顯得不那麼小了，而是像康莊大道一樣，讓光可以直接穿透過去。若要說哪裡觀察得到光的繞射，大概就是以前國高中物理課的「單狹縫實驗」和「雙狹縫實驗」，讓光穿過很小的縫隙，進而在另一邊產生漣漪的效果。
微影製程(Lithography) 的本質就是讓光穿透光罩，把設計好的圖案映射在晶圓上面，因此我們會希望光在穿透光罩的過程中不要產生繞射，而讓原本的圖案變形。然而現在半導體製程要求的電晶體大小都在幾十奈米，相較於剛提到300~800奈米的可見光，這個尺寸已經太小、容易產生繞射，因此以往台積電等公司採用 DUV 深紫外光、波長落在200奈米上下的光去進行製造。
不過即使採用了 DUV，由於這兩年台積電製程已經走到10奈米以下，不再能滿足現在的微影需求，因此，像微影製程設備商 ASML艾司摩爾，就研發出可使用波長只有13.5 奈米的 EUV 當作光源的光刻機，讓10奈米以下的電晶體不會出現繞射的現象、導致電路的失效，而最近艾司摩爾又開發出可商用的1 奈米製程曝光機，可以說是只有更小、沒有極限呀！
困難重重、機會無窮
顯而易見的，EUV 已成為未來10奈米以下先進製程的解答之一，然而，EUV 技術仍有許多困難點需要突破，除了EUV 容易被空氣吸收因此機器必須維持在高真空狀態外，由於EUV需要透過多個反射鏡來收集和提高功率，反射鏡必須非常光滑，否則會讓好不容易產生的EUV又消散掉。此外，進行多次反射也非常耗能，能源轉換效率只有2%不到，這又讓剛加入全球再生能源倡議組織（RE100）的台積電面臨更嚴峻的考驗，因此，全世界都在看台積電如何完善 EUV 技術，引領全球半導體業持續維持摩爾定律的神話。
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