你不知道的 4 大考量,ASML 微影設備即使無塵室內運作仍需外殼保護

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 15 日 16:00 | 分類 晶圓 , 晶片 , 材料、設備 Telegram share ! follow us in feedly


全球半導體微影技術廠商艾司摩爾(ASML),因為其所生產的微影設備已經在半導體先進製程中成為不可或缺的重要關鍵。尤其其中的極紫外光刻設備(EUV)更為晶圓代工龍頭台積電與競爭對手三星在作業上的重點。而且,還因為美國擴大對中國華為的禁售令限制,在當前中國無法取得 EUV 設備的情況下,使得華為未來面臨可能沒有尖端晶片可使用的情況。由此可知,ASML 所生產的微影設備對當前半導體產業的重要性。

只是,這樣重要的半導體設備,雖在運作時仍會是在號稱污染性極低的晶圓廠無塵室中,但是微影設備仍舊要有一層外殼的保護,這或許讓人百思不地其解這外殼的用途。對此,ASML 就表示,雖然微影設備放置在號稱污染性極低的晶圓廠無塵室內運作,但是考量到 4個因素,也就是「防止極細緻污染源進入」、「維持溫度穩定」、「保護工作人員安全」、以及「阻擋雷射散射光」等因素,微影設備仍舊必須要有一層外殼來保護。

ASML 進一步解釋,在防止極細緻污染源進入,ASML 的微影設備已經在無塵室運作,不過一般半導體廠的無塵室等級分為 10 級和 100 級兩種,像蝕刻、微影這些重要製程都是在無塵等級 10 的環境中進行。10 級的意思為每立方英尺存在 10 個以下大小為 0.5 微米的微粒子。所以,即便無塵室已經非常乾淨,但 0.5 微米等於 500 奈米,這些灰塵微粒對目前 10 奈米線寬等級的晶片來說無比巨大!因此,ASML 採用微影設備的外殼來阻絕外界的灰塵,再利用高效空氣過濾器(HEPA filter)產生無塵的空氣送往微影設備內部產生正壓空間。如此一來,外界的灰塵粒子就完全進不到微影設備內部。​

其次,在維持溫度穩定的部分,ASML 指出,因為微影設備內部的控溫在最關鍵的元件部分必須精準保持在 22 ± 0.005°C。而要達到這個標準,除了因為擁有效能良好的控溫系統,也因為微影設備有了外殼,能夠阻絕外界溫度變化對設備內部造成的影響。

至於,在保護工作人員安全的部分,ASML 除了在新一代的 NXT 設備中採用了磁懸浮平台,以增加微影設備的運作速度和穩定性。在曝光平台下是一塊擁有高強磁場的永久磁鐵,磁力達到 16,000 高斯,是地球磁場的 20,000 倍以上。當 ASML 工程師對曝光平台進行維護時,必須做好防護處理才能開始作業,未處理前的磁力可能將工具吸附上去,造成設備零件損傷或工程師受傷。因此,在微影設備運行期間,外殼阻隔了磁力,也產生重要的保護作用。

最後,阻擋雷射散射光的部分,目前 ASML 微影機台的外殼沒有任何透明窗可以看到內部的運行狀況,主要原因是在於微影設備採用的光源是雷射光。而運作方式是從雷射光源模組導入微影設備,再通過光罩,由透鏡組聚焦成像至晶圓上。其中,雷射光依強度分為 5 級,等級 Class 3B 以上的雷射光已經對人體有害。而 ASML 微影設備的曝光雷射功率可達 90W,屬於 Class 4 的高強雷射,即使是投在晶圓、光學元件表面等反射產生的散射光(Stray Light),都會對人眼都會造成損傷,因此必須要透過一層外殼來阻止散射光對工作人員的傷害。

(首圖來源:ASML)