EUV(極紫外光)曝光機是以波長 13.5nm 的極紫外光為光源的最先進半導體曝光設備。EUV 是 Extreme Ultraviolet(極紫外光)的縮寫,波長約為傳統 DUV(ArF 浸潤式,193nm)的 1/14,極為短。憑藉此短波長,在 7nm 以下的先進製程節點可用單次曝光形成圖案,成為現代最先進晶片製造不可或缺的技術。
EUV 曝光機最大的特點,是能憑藉短波長以單次曝光形成微細圖案。傳統 ArF 浸潤式為了取得 7nm 以下的解析度,必須重疊多次曝光,也就是「多重圖案化(multi-patterning)」,而 EUV 能以 1 次曝光取而代之。這可大幅簡化製造步驟,可望降低每片晶圓的成本並提升良率。另一方面,EUV 光會被大氣與玻璃透鏡吸收,因此設備內部必須保持高真空(10⁻⁶Pa 以下),光學元件也必須全部由施加多層膜鍍膜的反射鏡構成。這種結構的複雜性,正是設備成本極高的根本原因。
EUV 光源的機制相當獨特。它採用「雷射激發電漿(LPP)方式」:以高功率 CO₂ 雷射照射錫(Sn)的微小液滴使其產生電漿,進而產生 13.5nm 的光。產生的光以橢圓形收集鏡聚光,經由多層膜反射鏡構成的照明光學系統與投影光學系統投射到晶圓上。與使用 ArF 準分子雷射的 DUV 相比,光源原理根本不同。
反射光學系統所使用的多層膜反射鏡,是將鉬(Mo)與矽(Si)交互堆疊數十層而成,對 13.5nm 的光最高具有約 70% 的反射率。為維持此反射率,反射鏡的製造精度、表面粗糙度與污染管理極為重要。投影光學系統通常使用 6 片反射鏡,將光罩圖案縮小為 1/4 轉印到晶圓上。
目前全球 EUV 曝光機的量產供應商只有艾司摩爾。每 1 台的價格,NA0.33 的標準機型約 200~350億日圓,下一代 High-NA EUV(NA0.55)據稱超過 500億日圓。High-NA EUV 的解析度進一步提升,可支援 2nm、1.4nm 世代的超微細圖案形成。艾司摩爾以 EXE:5000 系列推動開發,英特爾、台積電、三星正陸續導入。
與日本的關聯方面,以量產 2nm 世代先進半導體為目標的 Rapidus,正推動在北海道千歲市的晶圓廠導入 EUV 設備的計畫。此外,日本的材料與零組件廠商供應 EUV 用光阻、空白光罩(mask blanks)、光罩保護膜等 EUV 生態系的重要材料,日本在 EUV 供應鏈中的存在感非常大。
圍繞 EUV 的主要技術課題包括:①光阻的靈敏度、解析度與線邊緣粗糙度(LER)之間的取捨,②光罩保護膜如何兼顧高穿透率與耐熱性・耐久性,③提升光源的 EUV 轉換效率與設備稼動率(UPH),④光罩檢測與清潔技術的精進。這些課題的解決,左右著先進節點運用 EUV 的成本與良率。