早期發展 (1980-2000): 浸潤式微影技術的的專利與設計

最早將浸潤式微影技術的概念提出的是在 1980年的一項專利(Tabarelli &

Lobach， 1980)。雖然浸潤式的技術概念來自早就已經存在於提高顯微鏡解析度的 手法，但是將晶圓浸泡在液體介質的工程設計在當時還是一項新的技術瓶頸 (Owa

& Nagasaga， 2008)。 到了1998年，前述專利的生命末期，此時才有兩項可能的工 程設計被提出 (Suwa， 1998; Fukami & Magome， 1998)。這項技術被提出的時間 在1980年代初期，但為何浸潤式微影技術並未被1980後的光學式微影技術所採用呢?

此時所發展的光波波長為365奈米，以及之後準分子雷射技術--248奈米波長，193 奈米波長在光源的選擇與工程設計—特別是提高數值孔徑(NA，numerical aperture ) 都較浸潤式微影要來得容易，附帶一提，根據技術藍圖法的預測，這時期的次世代 微影技術被預測的可開發技術為X光射線投影( X-ray projection)，電子束投影 ( electron beam projection)，離子束投影( ion beam projection)，超紫外光微影技術 ( EUVL)，以及 準分子雷射氟氣157奈米技術 (ITRS， 1999)，浸潤式微影技術根本 都沒被提及。

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3.1.2 157 奈米微影與浸潤式技術 (2001 年)

在2001，學者提出了157奈米波長加上浸潤式技術的概念 (Switkes， 2001)，而 在此時的157奈米微影技術事實上還未成為半導體的生產設備。1990年代末期，三 家主要的微影設備供應商才從8吋晶圓進入到十二吋晶圓設備的193奈米微影技術市 場，位於荷蘭的ASML Inc. (此公司在1999年併購了位於美國的 SVG Inc. 以得到 Microscan 157nm 產品以及開發總成)，日本設備供應商 Nikon Inc. 以及 Canon Inc.

都同時注意到157奈米加上浸潤式微影技術的發展，因為從計算上，依照摩爾定律 的推估，45奈米(193奈米技術上可達成)以下的30奈米此一節點，將需要157奈米加 上浸潤式微影技術來達致，但此一技術所牽涉的是157奈米技術是否可以成熟，其 中光罩材料，鏡頭材料與其對浸潤式的液體選擇與設計，新光阻的開發都在工程技 術上耗時耗力耗財，特別是否能達成產出率的預期與成本的考量。此時的其他次世 代微影技術，包括深紫外光技術在內，都是發展緩慢，似乎只有157奈米技術是最 快能達到生產目標的技術 (ITRS， 2001)。這也意味，在這一兩年間，投入157奈米 技術的主要行動者，為主要設備供應商的開發時程，必要超越點(OPP， Obligatory Passage Point)是取決在 設備商的開發上。

此一時期的行動者包括設備商，研究社群與學圈的技術報告，主要關心的事 ( matters of concern)顯示行動者是基於共同興趣(interest-driven)而互相徵集聯結起來 (enrolling)。

3.1.3 193 奈米浸潤式微影技術的提出初期 ( 2002 二月到九月)

依據2002年二月的一場關於157奈米微影技術研討會所發表的論文來看，第一個 以浸潤式技術所曝出的圖案是以157奈米微影技術原型實驗設備所產生，而產出所 使用 的 浸潤式液 體 為 純化過 的 去離子 水 (DI ，deionized water， 折射率為 1.33) (Switkes， 2002)。 任職於Nikon 公司的 S. Owa 在一篇回顧性的文章中提到，之所 以會採取浸潤式技術在193奈米微影技術上，主要是因為193奈米技術的基礎設施發 展(infrastructure development)較成熟，較157奈米技術”在新材料的發展與供應鏈結

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構都相對低成本一些” (Owa & Nagasaka， 2008)。這似乎呼應到 Herderson 與Clark 的研究，是結構化知識與模組化知識的混合與競爭。在2002年，193奈米技術已經 成為生產設備有三年之久，且其鏡頭材料對於純水的應用並沒有問題，長期浸淫在 光學微影技術開發，時任職於台積電的林本堅博士(B. J. Lin)在同一場會議中壓軸 提出了洞見，他主張應以193奈米技術作為浸潤式微影技術的基礎，並且提供計算 等效光波將是134奈米，同時採用高折射係數的純水後，由於孔徑數值可期將大於 1.0 ²³這一特性，將使得解析度與影像都會得到提升 (Lin， 2002)，這是一個重要的 轉變，將浸潤式技術與193奈米技術連結在一起。

在此時期，國際光電工程學會下關於微奈米微影技術，微機電與微光電機械系 統的一份期刊(Micro/Nanolithography， MEMS， MOEMS 也稱為JM3)創立了，創 刊的總編輯正是 B. J. Lin。

此一時期的行動者有了轉變，在人的部分是研究社群以及對於此項應用技術需 求孔急的主要採用者，如在微影技術開發上有豐富經驗的 B. J. Lin即為主要行動者 (primary actor)，物的部分則仍是以期刊論文以及在專業領域所召開的的國際會議，

主要行動者居於生產與技術研究兩個網路之間，而B.J. Lin的提案則是將共同利益 驅動( interest-driven)透過了技術可行性與成本計算的方式，將193奈米技術加上浸 潤式技術成為一可能的實現提案，而技術可行性與成本計算的結果就是此項技術的 必要超越點。

3.1.4 193 奈米浸潤式微影技術的可行性研究 (Feasibility study) ( 2002 年九月 到 2003 年二月 )

接續在前述的157奈米微影技術的SPIE研討會(2002年九月)後，針對193奈米加上 浸潤式微影的設計有更多的技術上的解決方案被提出，比如說S. Owa的論文 (Owa，

23參考 Rayleigh 計算式 formulas formula as (1) and (2), the NA > 1 is benefiting to both resolution and DOF enhanced.

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2002)，B. J. Lin 與B. Smith 分析193奈米浸潤式微影的優點(Lin， 2002(a); Smith，

2002)，其中 B. J. Lin 透過長期生產成本(long tern cost)計算的方式提高了在同一生 產網路結構中其他行動者的共同興趣。甚至在第三屆於比利時安特衛普所舉行的 157奈米微影技術研討會，新聞報導都還出現這樣的說法:”根據產業中的專家表示，

157奈米微影技術已經克服了大部份的技術上的障礙，此一技術將使得半導體生產 技術進入65奈米此一節點的生產” ²⁴ 。但事實上，這時三個主要的微影設備供應商 Nikon， ASML 以及 Canon，都已經開始設計浸潤式曝光平台(immersion exposure stage)。

約略同時，International SEMATECH (ISMT) 也組織了幾個任務型導向的專案，

加入了浸潤式微影技術的開發並舉辦了三次的討論工作坊(workshop)，涵括的成員 包括學術機構如NIST (National Institute of Standards and Technology)，麻省理工林 肯實驗中心(MIT/LL， Massachusetts Institute of Technology Lincoln Laboratory)， 羅 徹 斯 特 大 學 (RIT ， Rochester Institute of Technology) ， 新 墨 西 哥 州 大 學 (the University of New Mexico) ， 德 州 大 學 (the University of Texas) ， 威 斯 康 辛 ( the University of Wisconsin)，波士頓大學( Boston University)等等。

在這時期，基於更趨一同的利益(common interests)而有有更多的行動者加入，而 他們也開始轉譯(translate)研究成果為更多的利益來源，吸引更多行動者加入，同 時透過這些小型計畫，透過共同分享方式而動員更多成員加入(enrollment and mobilization)

3.1.5 193 奈米浸潤式微影技術的最初階段 ( 2003 年二月到九月)

24原文是” all major obstacles to manufacturing 157nm optical lithography have been overcome, and the industry is planning for the insertion of 157nm lithography at the 65nm node” 事後來看似乎有點過於樂 觀

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在 2003的二月到九月之間， Nikon 與 ASML兩家公司同時加速他們在新的曝光 機上的設計以符合浸潤式曝光平台的建立。首先是由Nikon公司在2003年SPIE微影 技術會議揭露了他們在局部注入法(local fill method)曝光的圖案 (Owa & Nakasaga，

2003)，但也同時提出六項主要的瓶頸問題，相對地，主要競爭對手 ASML卻延遲 了六個月之久才發表他們的初步結果，此時表面上是由Nikon公司取得領先，但是 ASML的作法是與台積電(TSMC)合作，將浸潤式覆罩(immersion hood)加裝(retrofit) 在具有高產出的1150設備平台上，成為1150i，以在台積電廠內取得更多關於生產 上的問題與解決問題的準備²⁵，這一加裝不但是區分出了乾式(dry，傳統的光源)與 濕式wet(加裝了以純水作為光源折射介質的浸潤式設計)，將immersion這一字眼與 設備，製程技術結合，也一舉超過了 Nikon公司的進展，因為 ASML 在這裡擴大 了設備商的內部網路結構，與台積電的合作使得此一共同利益的網路結構達致擴張，

事實上，台積電也在此一決策上獲益: 得到更快的問題解決以及廠內驗證(in-house verification)。在此結合性的網路結構所面對的必要超越點，首先是可否超越157奈 米微影技術的所能達到的節點(node)尺寸，等效於134奈米波長的193奈米浸潤式微 影技術證明了技術上可達，同時，依照成本的實際驗算，193奈米浸潤式微影技術 基於各模組化組成的成熟，也在成本這一點上超越階段性的必要超越點。

此一時期的行動者--物(actant)是生產實驗上的結果與各項浸潤式微影的技術報告，

還有所被採用的浸潤式覆罩設計。行動者--人(Actor)則是台積電與其長期微影設備 供應商 ASML，而此一網路結構也隱含像ASML這樣的公司能夠在平台設計(有關 於產出率的提升)以及設計與工程(D&E ，Design and Engineering)管理上的獨到之 處。 即便是157奈米微影設備已經在好幾處安裝之後，193奈米浸潤式技術的迎頭 趕上與競爭，形成在必要超越點的直接比較。

25這一段是依據筆者在 ASML 任職期間對 2002-2003 年間參與加裝的工程團隊的訪談。

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結果是Intel在2003年五月宣布了將157奈米技術排除在其技術藍圖之外²⁶，改採 浸潤式微影技術。