EUV曝光與DUV曝光最大的差異在於「光源波長」。EUV使用13.5nm的極紫外光,單次曝光即可形成微細圖形,但必須搭配真空環境與反射式光學系統,設備1台要價超過200億日圓,相當昂貴。DUV使用193nm(ArF)、248nm(KrF),結合浸潤式曝光與多重圖案化可涵蓋廣泛的節點範圍,在成本與產能上占優勢。在7nm以下的最先進邏輯製程中,EUV是核心技術。
主要差異
| 比較項目 | EUV曝光 | DUV曝光 |
|---|---|---|
| 代表波長 | 13.5nm(極紫外) | 193nm(ArF)/248nm(KrF)/365nm(i-line)等 |
| 數值孔徑(NA) | 0.33(現行機種)/0.55(High-NA) | ArF浸潤式1.35/ArF乾式約0.93/KrF約0.93 |
| 解析極限參考值(半間距) | 約12nm(NA0.33)/約7nm(NA0.55) | ArF浸潤式 約43nm/KrF 約80nm(單次曝光) |
| 光學系統 | 真空環境、反射式光學(無法使用透鏡) | 以折射透鏡為主,ArF可透過浸潤式曝光提升解析度 |
| 微縮的思路 | 容易以單次曝光形成微細圖形 | 多半需結合多次曝光、多重圖案化來因應 |
| 設備與營運成本 | 極為昂貴,維護要求也很高 | 相較EUV,較容易導入的範圍更廣 |
| 主要適用情境 | 7nm以下至最先進節點的核心 | 成熟至次先進節點,或作為EUV的補充、用於部分層 |
解析度差異從何而來(以瑞利公式試算)
曝光可形成的最小半間距R,可用瑞利公式 R = k₁ × λ / NA 估算(λ:波長,NA:投影透鏡的數值孔徑,k₁:製程係數)。若將k₁統一設為0.3,ArF浸潤式(λ=193nm,NA=1.35)約為43nm,EUV(λ=13.5nm,NA=0.33)約為12nm,High-NA EUV(NA=0.55)約為7nm。ArF浸潤式即使把NA提高到1.35,波長仍長了14倍以上,因此比40nm更細的導線間距只能靠SADP、SAQP等多重圖案化來製作。表中的解析極限即為此試算值,實際數值會因降低k₁的照明與光罩技術(OPC等)而改變。
成本的思考方式:不比設備價格,而比「每層所需的製程步驟數」
EUV設備1台超過200億日圓,遠比DUV浸潤式機台昂貴。然而應該比較的不是設備單價,而是製作1個層所需的製程步驟總數。以DUV製作40nm以下間距的SAQP,每1次曝光還要多次加上間隔層沉積、蝕刻、清洗與量測,使製程步驟數、缺陷風險與生產週期(cycle time)增加。若能以EUV單次曝光取代,就能一併省去這些步驟。因此在最先進節點中,一般做法是最細的金屬導線層與通孔層使用EUV,其他層則使用DUV。
總結(如何選擇)
在最先進邏輯製程的微縮上,以EUV為前提的領域持續擴大。另一方面,DUV仍在各種節點中大量使用,在重視成本與產能平衡的場合會被選用。重要的是依據自家的製程節點、曝光次數與疊對要求,將設備投資與製程設計一併考量。