早期浸潤式曝光設備 (2003 年九月到 2005 年)

3.1 浸潤式微影技術生命史

3.1.6 早期浸潤式曝光設備 (2003 年九月到 2005 年)

透過訪談，公司發布的新聞可以得知早期浸潤式設備的開發是在原設備193奈米曝光設備上的加裝，在2003到2005年之間，不僅ASML 發表數值孔徑 (NA)從 0.75， 0.85 甚至到 0.93 的設備， Canon 公司也有 NA 0.75 與 0.85 的設備發表。，

Nikon公司有 NA 0.85 的設備。這些設備都被用來驗證浸潤式微影技術所必須因應改變的製造流程，光阻選擇以及其他生產條件。但從訪談中可以發現，ASML公司同時對雙平台²⁷ (TWINSCAN^TM platform) 工程設計改善，帶來更高的產出率，使其浸潤式覆罩成為被採用的標準，透過加裝的1150i，首台生產用設備1250i²⁸以及後續1400i的持續推出²⁹，持續地推進產出率的工程目標設定與管理，讓ASML與台積電，INTEL之間的合作關係，確立了在浸潤式微影技術上幾乎百分之百的佔有率。

Nikon 公司很明顯地在客戶端並未因為其第一個曝出元件圖案而獲得設備輸出的先機，雖然Nikon公司不斷地在光阻材料發展與光罩設計上力圖發展，且成為第一個90 奈米節點與 65 奈米節點上發表的浸潤式設計(Donders et al.， 2004)，並在更多浸潤式微影設備上提出更好的異議 (different dissidences) (Mulkens et al. ， 2005;Gil et al.， 2005; Donders et al.， 2004)但Nikon錯失了在終端客戶的技術面合作機會(coalition) 。在這一時期，根據ASML與台積電在SPIE會議或期刊所揭露的技術論文來看，ASML的確在技術面獲得相當大的超前，同時在各種商業雜誌與半

26根據 EE Times.com 2003/5/22 的新聞報導。

27所謂雙平台設計是指曝光前量測與曝光平台分開以增進產出率的設計。單平台設計是量測晶圓平面條件後才曝光，而雙平台通過分開此二步驟而能達到更高的機台使用效率。

28 The first immersion production tool (ASML 1250i) is shipped to TSMC Ltd. Inc. (Taiwan Semiconductor Manufacture Company)

http://www.asml.com/asml/show.do?ctx=13559&rid=27372

29這些數字系列的基本意義在於投射鏡頭的長度與代號，幾年之後，1700i，1900i，1950i 相應而生。

導體設備展上的廣告，ASML成功地將浸潤式( Immersion )此一字眼在非同儕(non-peer-review)之外的管道提升自身的可見度，同時附加在高產出率的優勢宣傳半導體製造的成本降低較Nikon更值得採用; 在2003年版的技術藍圖中出現的可能採用技術(“possible liquid immersion”) (ITRS， 2003) 而進展到”可延伸現存193奈米微影技術的應用年限”。

浸潤式微影技術在這一時期正如B. J. Lin的預測 (Lin， 2002(a))，超越了必要超越點之成本目標(cost-effective target)是來自於行動者網路的擴大，由生產者網路所動員而來 (mobilization) 的光阻製造商，製程檢測設計的研究者 (metrology researcher)，以及其他因應浸潤式設計而變更的流程因此擴大的徵集—完成一互補的結構(complementary infrastructure) 。

3.1.7 高數值孔徑(Hyper NA)浸潤式設備的發展(2005 到 2006 年之間)

經過實際生產的驗證之後，浸潤式微影技術到了發展數值孔徑大於1.0 (高數值孔徑，hyper NA)的階段，這牽涉到投射鏡頭的設計，並將會帶來聚焦深度 (DOF，

意謂影像的改善) 以及解析度(resolution)的提昇。但這並不完全是ASML公司的成功，而是要大部份歸功於ASML的長期合作夥伴，專營光學鏡頭開發的公司--蔡司 (Zeiss)所提供的合作新設計—高數值孔徑鏡頭，應用在 ASML hyper NA 1700i 設備上的。在相同時期，事實上在2006 年的一月，另一微影設備供應商Nikon也完成 NSR-S609B (NA 1.07) 並將其安裝在半導體晶圓廠 (Okumura et al.，2006)，然而，

Nikon再度落於ASML之後，高數值孔徑設備並未被採用成為主要生產設備，同樣地，Canon 也並未在高數值孔徑的設備開發上板回一城，至此，ASML獨佔了所有的浸潤式微影設備市場，包括高數值孔徑的新設計在內，而對接續的雙圖案曝光法有更大的發展助益，早期所建構的行動者網路結構(coalition)，讓新進入者無法跨過在產出率，影像與解析度上的門檻—變更供應商的成本相對而言是一項高門檻。

29 Process)/行動(Action)

行動者網路 (Actor (TCN ， Technology Cooperation Networks) 如半導體協會 (SIA) 、 SPIE、SEMI

提出問題內部網路

必要超越點(Obligatory Passage Point)

已成熟的技術網路: 專案;同儕評審( peer-review)期刊論文

提出共同利益 (Interessment)

加入網路 (Enrollment)

157 奈米與浸潤式製造商;同儕評審( peer-review)期刊論文，ITRS 技術藍圖

30表 6 中以底線表達非人的行動者(non-human actant)來區隔行動者在人與物的不同。

3.2 創新網路的分析

這一小節是依據 3.1 節對浸潤式微影技術生命史歷程分析，進而整理為一創新網路變化，整理出表 7 與圖 6。表 7 表示各階段由網路結構的驅動，以及靜態分析必要超越點的結果，而圖 6 所表示為動態的創新網路成型階段。

表 7 浸潤式微影技術創新網路(innovation network) 的階段分析

時期創新網路必要超越點特徵結果

圖 6 浸潤式微影技術動態創新網路的示意

圖 6 中三個檢驗點代表的是三個創新網路發展的主要階段，初期元件圖案的曝光成功，以及浸潤式覆罩設計是首要的必要超越點要件，中期隨網路擴大，生產者網路與供應商網路加入，必須有生產的再現性，接下來客戶網路的要求在成本與可靠度上作為必要超越點，此三階段各有其必要超越點的條件。

四、次世代微影技術 (Next Generation Lithography)

次世代微影技術(Next Generation Lithography)是在半導體技術藍圖報告(ITRS ， International Technology Roadmap for Semiconductors)中使用來進行下一世代微影技術發展預測的一個名詞。從過去二十年間的藍圖報告中，可以發現許多微影技術在開發過程階段都曾被羅列於其中，但不是每一種技術最終都能成為主流技術。每一種技術成熟的階段與被採用的原因也不盡相同，前一章所提到的 157 奈米微影技術就是沒被採用的最佳例子(但就投入的開發資源來說，卻是最悲慘的例子)。

透過文獻回顧微影技術的歷程，可得知 1980 年後幾乎都是依循著光學微影的光源波長不斷遞減而達致微影技術實現為主要的路數，再加上其他漸進式的創新，

於是乎在微影技術的網路結構中，生產者，設備供應，技術開發等等都具有其結構性(architectural) 知識存在。如同第四章所述，193 奈米浸潤式微影設備替代 157 奈米的曝光機發展³¹，隨後在半導體技術藍圖報告(ITRS ，International Technology Roadmap for Semiconductors)³²2009 年版的報告中，再指出 32 奈米與 22 奈米節點將由 193 奈米浸潤式設備加上雙重圖案曝光技術(double patterning)來進行(ITRS，

2009)。

另一方面， 22 奈米以下的元件製造，基於光學波長所帶來的像差以及光罩成本的走高，有必要再透過繼續 193 奈米浸潤式微影技術的下一世代微影技術而完成。

當光學式微影已經接近物理極限的瓶頸時(Fay， 2002; Ronse，2006; Wong，2001;

Lin，2007)，三項技術被認為是最有可能的次世代微影技術是紫外光微影技術 (EUVL ，Extreme-Ultra-Violate Lithography)，多重電子束微影技術，以及奈米壓印 (NIL，Nanoimprint Lithography)微影技術(ITRS ，2009)。

31此一替代發生在 2000 到 2006 年之間，157 奈米曝光機發展在 2003 後已完全停止。

32 http://www.sia-online.org/及 http://www.itrs.net/

奈米壓印技術事實上就是非常小的印章，透過模具設計為成型的圖案，選擇適當材料作為底材而進行壓印成型，這項技術開始於 S. Y. Chou 等人的研究( Chou et.

al.，1996)，經過十多年的發展，在許多領域的先進研究中都有深遠的影響，但在半導體生產上，迄今尚未成為以生產為主的微影技術。本研究選擇前二者的發展作為預測的標的。

毫無疑問，次世代微影技術必須在完整的創新網路結構中滿足技術成熟(在專家意見的技術藍圖中所預測的技術關鍵，包括 2.1 所提到的解析度、疊對能力、產出率)及生產成本以及其他必要超越點才能被採用，比如供應商網路結構是否已開發，將會影響到初期被採用的意願。

4.1 超紫外光微影技術

在過去 30 年中，超紫外光微影技術(EUVL， Extreme Ultraviolet Lithography) 的發展歷經好幾個階段，已有不少專書針對技術上與發展歷程而出版(Kinoshita &

Wood，2009)，這些出版對發展過程中，資源的配置是相當複雜的，本文藉著這些發展而重建這項創新其資本累積的過程。

4.1.1 先期發展：1981 到 1996

³³

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)。

(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)

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

在文檔中創新網路之探討: 以微影技術之發展與預測為例 (頁 38-0)