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4.1 超紫外光微影技術

4.1.1 先期發展:1981 到 1996

4.1.1 先期發展:1981 到 1996

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超紫外光是 1981 年從反射式 X 光的研究中萌芽出來的技術。接下來有數個獨 立的研究單位進行發展,包括 AT&T 的貝爾實驗室(Bell Labs)、勞倫斯國家實驗室 (LLNL , Lawrence Livermore National Laboratory) 、 桑 迪 亞 國 家 實 驗 室 (SNL , Sandia National Laboratories),以及日本電報電話實驗室(NTT, Nippon Telegraph and Telephone laboratories)。從 1993 年之後,研發的方向從投射式 X 光微影技術

33此段採用的生命史歷程參考自 Chapter 1-2 (H. Kinoshita and O. Wood, 2009)。

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(soft x-ray projection lithograph)成像,轉為超紫外光微影技術的設備開發,這是在 1993 年五月美國光學學會(OSA, Optical Society of America)的一場會議中被提出。

幾乎是同時發生的情況,在日本的 NTT 也透過多層鍍膜的 Schwarzschild 光學鏡片 展現重複曝光圖案的可能性。

這意味著,超紫外光微影技術(EUVL)可以接續當時以不斷縮短波長作為微影 技術光源來源的一貫發展,包括以準分子雷射為基礎的深紫外光(DUV,Deep Ultraviolet,包括 248 奈米,193 奈米及 157 奈米波長光源)。於是超紫外光的發展 導向以開發可曝光波長的追尋,及反射式成像鏡片的設計,光罩材料的研究與光阻 的開發配合,直到 1996,終於有第一個在互補性金氧半導體(CMOS)上成像的出現 (Nguyen et al., 1996)。

在日本的發展則是由 Hitachi 與 Nikon 公司在 1995 到 1998 年間接續之前 NTT 的研究,持續開發超紫外光的曝光設備並成立超先進電子元件技術協會(ASET,

Association for Super-Advance Electronics Technologies),Intel 與 Samsung 都加入此 一協會共同開發超紫外光微影技術設備。在歐洲則是有些小型的開發專案,但是除 美國外,日本與歐洲的開發都沒有專注以生產為主的設備開發方向。

4.1.2 1997 到 2003 年:超紫外光有限公司的成立(EUV LLC)

依據文獻上的記錄,超紫外光有限公司(EUV LLC, Limited Liability Company) 是在 1996 年底由 Intel 倡導之下而成立的,其運作的模式包括四大部分,如圖 9 所 示(Gwyn & Wurm,2009)。

事實上,EUV LLC 本身就是一項創新,此一公司涵括十數個公司的虛擬結合,

包括 Intel、Motorola、AMD、Micron、Infineon、IBM,及其他公司。EUV LLC 利 用共同研究開發協定(CRADA, Corporative Research and Development Agreement)

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以爭取美國國會同意使用三個美國政府成立的虛擬國家實驗室資源(VNL, Virtual National Laboratory)34

圖 7 EUV LLC 公司的商業運作模式以及主要組成,網路中的行動者包括 參與的公司以及微影技術本身,這也是外部橋接轉化為內部鏈結的示意圖,圖片來 源: 重製 Kinoshita & Wood 的研究(Kinoshita & Wood, 2009)

透過 EUV LLC 的運作,原本必須要以外部橋接(external bridging)的複雜關係 (各公司的投資與創新研發)得以轉變為內部鍵結(internal bondin),朝向共同開發的 目標管理,這正是以 INTEL 公司為主要行動者所提出共同利益(Interestment)也降 低開發成本與風險,提供創新發展的過程。在 EUV LLC 包括有七大主要任務與 37 個次要工作項目,透過定期的內部會議,年度由 SEMATECH 所舉辦的關於次世代 微影技術的研討會,國際性的會議,紫外光微影技術 EUVL 徵集其他加入網路 (enrolled)的設備供應商與 IC 製造商(除了日本公司,因為當時美國政府對日本公司 的加入有所限制)。

34 包括三個在美國能源部轄下的國家實驗室。

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到了 2003 年底,EUV LLC 已經有 34 個設備供應商以及六個主要的 IC 製造商 16 個實驗室及學校以及 14 個聯盟,共有超過 300 個的智慧財產權(IP),其中有 145 專利,但是這些數量的分布卻呈現相當弔詭的逐年降低,1998 年有 80 個,到 2000 年卻下降為 60,2003 年降到 3。同時,即使原型機能夠提供 32 奈米的曝光圖案(由 SVGL 公司提供35),EUV LLC 公司還是在 2003 年底喊停。

EUV LLC 失敗的理由包括:(1) SEMATECH 與其他 LLC 的成員無法提供足夠 的技術上的發展。(2)實驗室 VNL(Virtural National Laboratory)在生產的速度上太慢,

以致於以產能為主的市場需求無法適配,也就是,遲至 2003 年底還無法突破在市 場上所設定的生產要求(視之為一項必要超越點),而讓 193 奈米加上浸潤式微影技 術率先達到生產所需的規格(157 奈米也因此完全被放棄)。(3) EUV 的工程測試價 格過高也是無法達到要求,而對 EUV 能否進入生產也大被質疑。