挑戰 Hyper-NA EUV？科學家嘗試新 B-EUV 微影、CLD 沉積，有望顛覆未來晶片製造

約翰霍普金斯大學（Johns Hopkins University）研究人員揭示一種全新的晶片製造方法，使用波長 6.5 奈米至 6.7 奈米的雷射，即「軟 X 光」（Soft X-ray），有望讓曝光設備的解析度提升至 5 奈米以下。

據外媒《Cosmos》報導引述《自然化學工程》（Nature Chemical Engineering）雜誌，科學家將這項方法稱為「B-EUV」（Beyond-EUV，即超越 EUV），意指這項技術有望取代目前的業界標準 EUV 微影。但研究人員也坦言，光是打造實驗性 B-EUV 設備，就需要花上數年時間。

至於軟 X 光有沒有機會挑戰目前最強的 Hyper-NA EUV？報導認為，理論上是可行的。

目前的 EUV 曝光製造，波長是使用 13.5 奈米。隨著晶片製程節點持續微縮至 3 奈米、2 奈米甚至埃米（Ångström）等級，現有的 0.33 NA EUV 系統（也被視為低數值孔徑〔Low-NA EUV〕）也因解析度約 13.5 奈米而面臨挑戰。

至於高數值孔徑的 High-NA EUV 設備，是將數值孔徑從 0.33 增加至 0.55，解析度可提升至 8 奈米，但當面臨小於 1 奈米的情況下，就必須走向 Hyper-NA EUV，目標是將數值孔徑推升到 0.7~0.75，有機會將解析度提升至 4~5 奈米。

然而，這必須付出極端複雜的系統設計代價，其先進光學系統成本高達數億美元。ASML 技術長 Martin van den Brink 也坦言，公司正研究 Hyper-NA 技術的可行性，但尚未做出最終決定。

約翰霍普金斯大學團隊嘗試用「軟 X 光」突破摩爾定律

研究團隊在論文中寫道，雖然波長 13.5 奈米的 EUV 已經成為半導體製造中 10 奈米以下的主要候選技術，但下一代微影工具正探索更短的波長，即 B-EUV 範圍中的 6.x 奈米（6.5–6.7 奈米），以進一步突破解析度極限。

換言之，該團隊打算以更短的波長，搭配中等 NA 的透鏡來換取解析度優勢。然而，B-EUV 面臨重重挑戰。

首先是光源尚未成熟，目前尚無產業標準來產生 6.7 奈米輻射光，雖然有研究團隊嘗試使用「釓（Gadolinium）雷射產生等離子體」等方法，但仍缺乏可靠解決方案。

再者，由於 6.5~6.7 奈米的短波長光子能量極高，與傳統光阻材料的交互作用不佳，難以實際應用於製程；第三， 6.5~6.7 奈米這類波長的光幾乎會被所有材料吸收、而非反射，因此至今尚未生產出用於這類輻射的多層鍍膜鏡；最後是缺乏生態系統，B-EUV 曝光設備需要從零設計，目前相關零組件與耗材（如保護膜 pellicles、光罩 photomasks）的供應鏈都不存在。

為了解決上述挑戰，約翰霍普金斯大學團隊決定先從探索特定金屬下手，來看如何改善 B-EUV（約 6 奈米波長）光與晶片製造中用抗蝕劑材料的交互作用。

研究團隊發現，鋅（zinc）等金屬能吸收 B-EUV 光並釋放電子，這些電子進而觸發有機化合物「咪唑」（imidazoles），並與其發生化學反應，可藉此在晶圓上蝕刻出極精細的圖案。

（Source：Johns Hopkins University）

有趣的是，鋅雖然在傳統 13.5 奈米 EUV 光下表現不佳，但在更短波長下卻極為有效，凸顯材料與波長匹配的重要性。

為了將這些金屬有機化合物應用到矽晶圓，研究人員開發一種「化學液相沉積」（Chemical liquid deposition，簡稱 CLD）技術。這種方法能以每秒 1 奈米的速率，成長出如一層鏡面般的薄膜，薄膜的材料為「aZIF」，（非晶質沸石咪唑骨架，amorphous zeolitic imidazolate frameworks）。

此外，CLD 也能快速測試不同金屬與咪唑間的組合，幫助研究人員更容易找出適合不同微影波長的最佳配對。研究指出，雖然鋅非常適合 B-EUV，但其他金屬在不同波長下可能表現更佳，為未來晶片製程提供高度靈活性。

研究人員表示，這種方法為製造商提供一個「工具箱」，涵蓋至少 10 種金屬元素與數百種有機配體，可組合出針對不同微影平台的客製化抗蝕劑。

雖然研究人員尚未解決 B-EUV 所有挑戰，但他們已經找到能與 6 奈米波長光搭配使用的抗蝕劑材料，並創建 CLD 製程，能在矽晶圓上塗佈均勻的 aZIF 薄膜，並以實驗方式證明鋅等金屬能吸收軟 X 光並釋放電子，觸發基於咪唑抗蝕劑的化學反應。目前來看，B-EUV 還有許多挑戰待解決，且還無法進入量產市場，但報導認為 CLD 製程的應用範圍相當廣泛，不僅能用於半導體領域，也可應用於非半導體產業。