極紫外光微影(extreme ultraviolet lithography, EUVL)是利用極短波長(如1
3.5 nm)的光源將光罩圖案轉印到晶圓上的製程。目前半導體廠商如TSMC已經
成功使用13.5 nm光源進行光微影,達到了3 nm的量產製程。在高階晶片製造過
程中,由ASML所製造的曝光機必需使用到穩定、耐久的光偵測器來監測EUV的
空間強度分布,以進行後續的光場調整或鏡面上汙染物去除等工作。
目前市場上的EUV光偵測器價格昂貴(超過百萬元台幣)、壽命短且體積龐大。
因此,我們開發了一種平價、元件可快速替換、體積小且易於操作的EUV光偵測
與成像裝置。我們使用螢光奈米鑽石(fluorescent nanodiamond,FND)作為
EUV光閃爍片(scintillators),FND的生產方式是以高能電子束(8 MeV)轟
擊含有氮原子參雜(約100 ppm)的鑽石顆粒,去除晶格中的部分碳原子,形成
空缺。經過真空高溫鍛燒(800 °C)後,這些空缺會與氮原子結合而形成穩定的
氮-空缺中心,能放出橘紅色的螢光。FND是由碳元素所組成,無毒,不含重金
屬,不會對環境造成汙染。此外,FND的結構非常穩定,經由電灑塗佈後能形成
質地均勻的薄膜,在大氣中不會潮解,能夠承受高溫和高能量光子的照射,耐用
性極為出色。
本研究團隊使用同步輻射研究中心(National Synchrotron Radiation Researc
h Center)的光源證明FND可以吸收VUV(vacuum ultraviolet)、EUV和X-ra
y光(波長範圍1–200 nm或能量範圍6–1400 eV),很有效率地將它們轉換成橘
紅光(波長範圍550–800 nm)。在後端,我們使用透鏡組合來收集螢光,並將
其聚焦到可見光偵測器,例如CCD與CMOS等,與現有的成熟技術作完美的結
合,空間成像解析度目前可達30 μm。
此技術為全球首創,已於2021年同時獲得台灣與美國專利,相關研究發表於Ang
ew. Chem. Int. Ed. 56, 14469 (2017) 及ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 3847
(2020)。目前原型裝置已開發完成,也在同步輻射研究中心測試成功,歡迎各界
(學界與業界)人士使用。