根據美國半導體產業協會的資料顯示，每隔三年半導體IC的生產技術便要往前推一個世代，在Roadmap中，0.18微米世代的半導體產品必須在1999年量產，而0.13微米的產品是在2002年量產。要達到SIA Roadmap所規定的生產技術是一項相當困難的技術整合，舉凡從元件設計、薄膜、微影、蝕刻到平坦化等技術都必須環環相扣緊密的連接在一起，才能勉強的達到進入量產的水準。而值得注意的是在上述的半導體模組技術中，微影技術本來並非一項瓶頸技術，尤其是在以前的微米或是次微米的半導體世代中，將光罩上的電路圖形經由曝光、顯影而轉移到晶片上，並非一項相當困難的技術。

微影技術與製程之關係

而以往微影技術並非是一個瓶頸技術的主要原因，應該是曝光機設備的發展速度遠超過半導體製程的需求。我們可以用兩個參數來代表這個微妙的關係，第一個參數是曝光機光源的波長λ，它可以代表曝光機的發展程度，通常越小波長的光源代表的是越尖端的曝光機；第二個參數是光罩上線路圖形的最小尺寸CD(Critical Dimension)，CD越小當然代表製程的要求越嚴格。在以往的半導體微米或次微米世代中，一直都是線路圖形的CD比曝光機光源的波長λ還要大，也就是說，晶圓廠可以使用符合製程規格要求的曝光機來生產，在此情形下微影製程事實上可能類似印刷廠的印刷工作，在製程中只需要注意缺陷或疊對的控制，還不可能會遇到圖案曝不出來的窘態。

但是隨著線路的CD越來越小，我們就必須需要更短波長光源的曝光機，因此曝光機的波長從汞燈的G-line(0.436微米)、I-line(0.365微米)到準分子雷射的KrF(0.248微米)以及現在最尖端的ArF雷射(0.193微米)，每一類型的曝光機可能正代表著一個到兩個半導體產品的世代。但是無論如何，光源波長的縮短並非永無止境，對於微影製程來說，每一次的縮短光源波長可能都類似代表一次產業革命，舉凡曝光機、光罩、光阻或者是製程本身都可能和以往所使用的大不相同，這可能是意味著新廠或是新的製程技術。

因此在面臨半導體產品的世代交替時，我們可能必須考慮三個重要的因素：1.因為產品CD變小的獲利狀況；2.新一代的機台或製程技術能否取得；3.製造成本。在以往的微米或次微米的時代中上述三個因素都可以得到相當好的平衡狀況，但是在現今深次微米的世代中卻不是這麼一回事，目前產品的規格是0.18微米，但是我們所能正常取得的曝光機波長是0.248微米，變成λ遠大於CD，這顯示著我們目前確實迫切的需要下一代的曝光機，但是遺憾的是ArF曝光機的取得並不容易，而且貿然使用新的曝光機所付出的其他成本可能更大。因此目前便有人思考能否利用現在的曝光機，再加以提昇製程技術而達到下一世代產品的規格，這個問題的答案應該是肯定的，而且這個想法應該也是臺灣甚至世界上半導體業者目前所要追求的共同目標。

半導體微影解析度之增加技術

在前面我們提到，當曝光機的波長λ小於線路的CD時，微影製程的技術並不困難，但是當λ大於CD時又如何呢？這種情形可能造成光罩上的圖形根本曝不出來，或是即使可以曝的出來，但是製程的穩定度也可能欠佳。因此，既然由於曝光機的取得及成本問題使我們無法讓波長λ變小，我們能否藉由其它的技術來相同的達到增加解析度的效果？通常在半導體微影技術中我們將這一類可以增加解析度的技術稱之為RET(Resolution Enhancement Technology)，在RET中較常用的有三種技術，分別為光學近接效應修正(Optical Proximity effect Correction；OPC)、相位移光罩(Phase Shifting Mask；PSM)和變型照明技術(Off Axis Illumination；OAI)。在這三種技術中，前兩者是和光罩有密切關係，而最後一個是和曝光機有關係，也就是本文所要談論到的主題。

(圖一)為一臺曝光機的簡單示意圖，光源(Source)在經過第一組透鏡(Condenser Lens)之後會均勻地入射到光罩(Mask)上，接著入射光會遭到光罩的阻擋而產生繞射作用(Diffraction)，使本來均勻入射的光線變成分開的多道繞射光，而射入第二組透鏡(Projection lens)內，這一組透鏡的目的為收集這些繞射光使它們在晶片(Wafer)上聚焦成像，經過這些程序便可以使光罩上的圖案轉移到晶片上。所以曝光的行為我們可以將它簡化成繞射和成像兩大階段。根據基本的光學理論，一束垂直入射的光線經過光罩時，此時我們可以將光罩想像成一道繞射光柵，這時出來的光線會變成無窮多道的繞射光，依照這些繞射光和入射光之間的相關位置，我們可以將這些繞射光定為0、±1、±2、±3...階繞射光，而這些光之中有部份的光會被透鏡所收集而在晶片上成像，如(圖二)。

《圖二　繞射成像示意圖》