最後更新:2026年10月8日曝光・微影EUV 曝光・微影中國大陸:ArF光刻(氟化氩光刻)

ArF 曝光(氟化氬曝光)是什麼

ArF (Argon Fluoride Lithography)

ArF(氟化氬)是以波長 193nm 的準分子雷射為光源的 DUV 微影技術。以比 KrF(248nm)更短的波長實現更高的解析度,特別是以隔著純水將 NA 提高到 1 以上的 ArF 浸潤式(ArFi)形式,支撐了 45nm~7nm 左右的先進節點。在 EUV 普及之後,對於非關鍵層與成熟節點的量產仍不可或缺。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

ArF(Argon Fluoride:氟化氬)是以波長 193nm 的準分子雷射為光源的 DUV(深紫外光)微影技術。ArF 曝光以比 KrF(248nm)更短的波長實現更高的解析度,特別是以「ArFi(ArF 浸潤式曝光)」的形式隔著純水達成 NA>1,成為支撐 45nm~7nm 左右先進製程節點的主力微影技術。在 EUV 已經普及的現在,仍是負責先進晶圓廠非關鍵層與成熟節點量產、不可或缺的技術。

ArF 乾式曝光(ArF Dry)直接使用 193nm 光,在乾式環境(空氣・氮氣)下進行 NA<1 的曝光,解析度極限約為 90nm。ArFi(ArF Immersion:ArF 浸潤式曝光)則在投影透鏡與晶圓之間充滿純水(折射率 n=1.44),以有效 NA=n×sinθ 實現超過 1.0 的 NA(最大 1.35)。NA 越高,解析度 R=k₁×λ/NA 就越好,從 45nm 開始,再結合多重曝光(SADP/SAQP),可對應到 7nm・10nm 節點。

ArF 光阻(化學放大型光阻:CAR)吸收 ArF 波長 193nm 的光,並在曝光後的 PEB(Post Exposure Bake)中引發酸催化反應,使其對顯影液的溶解性改變。ArF 光阻比 KrF 光阻更以壓克力酸酯系樹脂為主流,要求高解析度與低 LWR(線邊緣粗糙度)。主要供應商有 JSR、信越化學、東京應化(TOK)、富士軟片(Fujifilm)、Dongjin Semichem(韓國)等。

ArFi 所使用的多重圖案化技術是提升解析度的核心。SADP(Self-Aligned Double Patterning:自對準雙重圖案化)以間隔物(spacer)技術將圖案間距縮減為 1/2,SAQP 更進一步縮減為 1/4,LELELE(Litho-Etch-Litho-Etch-Litho-Etch)則以 3 次曝光形成圖案。藉由這些技術,即使是 ArFi(λ/NA=193/135=143nm)也能形成 14nm 半間距以下的電路。在先進 7nm 邏輯中,全部曝光步驟的 70~80% 以上由 ArFi 負責。

ArF 曝光機的主要廠商為艾司摩爾(ASML,NXT:2100i:最高 305 WPH・NA=1.35 為最新旗艦機種)、尼康(Nikon,NSR-S635E 等)、佳能(Canon,FPA-8300iZ 等)。ArFi 的全球出貨台數遠多於 EUV,在 2020年代每年仍有數百台出貨。日本的半導體晶圓廠(瑞薩電子・鎧俠・索尼・Rapidus)也有大量機台在運轉。

ArF 曝光(氟化氬曝光)的常見問題

ArF 與 ArF 浸潤式(ArFi)有什麼不同?
ArF(乾式)的投影透鏡與晶圓之間是空氣,NA 最大約 0.93,解析度約 90nm。ArF 浸潤式則在兩者之間充滿純水,可將 NA 提高到 1.35,若搭配多重圖案化,可對應到 7nm 左右的節點。
ArF 可以用到哪個節點?
ArF 浸潤式的單次曝光以 38nm 左右的半間距為極限,但搭配 SADP・SAQP 等多重圖案化,實質上可形成 10nm 等級的間距。不過步驟數會增加,成本與疊對精度將成為課題。
ArF 用光阻有什麼特徵?
由於必須讓 193nm 的光穿透,無法使用 KrF 所用的含芳香環樹脂,因此開發了壓克力系與脂環族樹脂。化學放大型光阻為標準,在浸潤式曝光中還必須設計成可防止成分溶出到水中(leaching)。

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