產業趨勢
◎半導體先進製程中的奈米過濾
近年來，台積電、三星、英特爾在先進製程大戰打得火熱，為搶下晶圓代工市場，對極紫外光(EUV)設備需求大增。外媒報導，獨家供應半導體微影設備大廠艾司摩爾(ASML)新一代High-NA EUV設備飆出新天價，由於機台比前一代還要大30%，至少需要三架波音747分批運送，預估一台要價約4億美元(約台幣119億元)；有專家形容，買下High-NA EUV 設備就像擁有一把好槍，能搶得市場先機。
ASML公司的EUV微影設備
微影製程技術是決定晶片上電路有多小的關鍵決定因素，High-NA有望減少66%尺寸大小。在晶片製造中越小越好，因為在同一空間中封裝的晶體管越多，晶片的速度就越快、能效越高。在微影設備中，光罩上佈滿需要轉印在晶片上的線路圖案，而光罩防塵薄膜(Pellicle)能夠防止光罩受到灰塵和其他微粒的汙染，這層薄膜必須在沒有任何刮傷的情況下覆蓋在光罩上。但光罩防塵薄膜會使波長13.5 nm的EUV光源變弱，導致整體產能下降。若為了維持光源強度而將功率提高至250 W以上，每平方公分會產生的5 W熱量，導致溫度高達680℃以上，光罩防塵薄膜會有燃燒的風險，且可能會產生微粒，造成光罩汙染。為解決此問題，廠商也積極開發高機械強度的光罩防塵薄膜，如AMSL選用信越化學的無機矽薄膜，而比利時微電子研究中心(IMEC)則朝CNT等奈米碳材進行研究。
Canatu公司以碳納米管(CNT)製成EUV膜
EUV pellicle結構中主要包含兩個部分：透光薄膜(Film)以及框架(Frame)。透光薄膜用於阻擋顆粒進入光罩的圖樣區，也是EUV光穿透的區域。框架將透光薄膜支撐在光罩圖樣區的上方。透光薄膜可包含上下兩層保護層(clapping layer)，用於強化透光薄膜的結構。在保護層與透光薄膜之間會有一層接著層(adhesive layer)，用於接合保護層與透光薄膜。整個透光薄膜最重要的是厚度必須做到100 nm以下，達到一定的EUV透光率(transmission rate)，降低EUV光被透光薄膜吸收的比例。
EUV Pellicle的框架必須具有類似氣體通道的設計，以達成EUV pellicle內外的壓力平衡(Pressure balance)，同時也必須具有類似過濾顆粒的結構設計(Particle filter)以避免顆粒透過氣體通道進入光罩圖樣區。主要有信越化學與三井化學對上述設計進行佈局專利。信越化學的專利TW I613511B強調用向內挖空通道式的方式設置通氣孔，並使過濾器平行pellicle的表面，以增加通氣孔與過濾器的面積，加強通氣與過濾的效果。
信越化學台灣專利TW I613511B圖式
比利時微電子研究中心(IMEC)與CNT供應商Canatu公司多年合作，開發滿足EUV防塵薄膜目標的CNT薄膜。獨立式CNT膜必須足夠薄以減小對成像的影響，同時足夠堅固以承受運輸。除了保護光罩避免缺陷外，EUV防塵薄膜還能提高精度、縮短製程時間並將晶圓的生產效率提高約25%。Canatu的EUV薄膜的關鍵特性是在EUV下具有97%的透明度、高熱穩定性、耐壓差、奈米級過濾能力和高均勻性。
Canatu CNT薄膜測試結果與最佳目標比較
高價及高性能的CNT薄膜在突破了穩定量產的技術難題後，在半導體先進EUV防塵薄膜上找到殺手級應用，可望成為技術典範，這也鼓舞產學研專業人士以積極、創新的精神，努力不懈從事研發，提昇競爭優勢。
資料來源：
台灣過濾與分離學會 Taiwan Filtration and Separations Society
