數(shù)十年來，光刻一直是關(guān)鍵的芯片生產(chǎn)技術(shù)。今天它仍然很重要。不過，在最近的SPIE先進光刻技術(shù)大會中，一些跡象顯示，光刻界及其客戶需要的微縮──字面上的微縮──事實上幾乎已經(jīng)有點像心理安慰了。

　　焦慮、緊張和憂慮或許適合用來描述今天的光刻領(lǐng)域。但也許后頭還有更嚴重的苦難，因為三個主要的下一代候選光刻技術(shù)(NGL)──超紫外光(EUV)、無光罩和納米壓印──統(tǒng)統(tǒng)遲到。第四個NGL選項：定向自組裝(DSA)盡管來勢洶洶，但它畢竟仍處于探索階段。

　　擺脫光刻技術(shù)的沮喪看來遙遙無期。今天的193nm浸入式光刻技術(shù)仍然遠遠領(lǐng)先。業(yè)界一度認為193nm浸入式光刻會在32nm遭遇極限，但令人驚訝，看來該技術(shù)可擴展到1-x納米節(jié)點。不過，要獲得這些幾何圖形，芯片制造商必須采取更多、更昂貴的雙重曝光步驟。

　　而一度領(lǐng)先的下一代光刻候選技術(shù)EUV仍然頑固地因為缺乏光源能、阻抗和關(guān)鍵光罩以及量測基礎(chǔ)設(shè)施而延遲。結(jié)果是EUV的聲望持續(xù)下滑，并失去了在1-x納米節(jié)點大展身手的良機。

　　NAND閃存供應(yīng)商之間存在著一種對EUV的迫切感，因為需要EUV來實現(xiàn)進一步微縮。NAND閃存廠商將193nm浸入式技術(shù)推進到了2-x納米節(jié)點，但他們遲早需要在1-x納米部份用到EUV技術(shù)。“我們的確曾對EUV技術(shù)充滿寄望，”SanDisk公司技術(shù)總監(jiān)Tuan Pham說。SanDisk和東芝(Toshiba)在日本有一座合資的NAND晶圓廠。

　　當(dāng)被問及是否擔(dān)心EUV的地位時，Globalfoundries資深院士Harry Levinson表示：“我是必須擔(dān)心。”Levinson也是該公司的光刻策略經(jīng)理。

　　由于EUV技術(shù)持續(xù)落后于半導(dǎo)體的微縮腳步，設(shè)備制造商ASML Holding NV據(jù)報導(dǎo)仍在思考將EUV波長從13nm減少到6.7nm，以追上摩爾定律。這也意味著該產(chǎn)業(yè)必須發(fā)展更新和更昂貴的EUV工具技術(shù)和基礎(chǔ)架構(gòu)，這讓該領(lǐng)域的專家們不寒而栗。

　　身處EUV技術(shù)陣營的領(lǐng)先芯片制造商，現(xiàn)在也對其他NGL技術(shù)持開放態(tài)度，如無光罩、納米壓印，甚至是未來的IC自組裝。“賭注非常大，”VLSI Research公司總裁Risto Puhakka說。“如果你做出錯誤的決定，就可能導(dǎo)致一場災(zāi)難。”

　　多年來，業(yè)界一直依靠傳統(tǒng)的光學(xué)光刻來維持摩爾定律的發(fā)展。但恐怕早在上世紀70年代，光學(xué)光刻便將發(fā)展動能用光了。

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　　圖：業(yè)界預(yù)測的光刻技術(shù)發(fā)展路線圖

　　當(dāng)時，芯片制造商認為他們需要昂貴的X光光刻以微縮元件。當(dāng)光學(xué)光刻技術(shù)在20世紀80年代打破了1微米壁壘時，該技術(shù)推動了對X光的需求，但最終也將X光釘入了棺木。

　　而后，在1990年代，關(guān)于光學(xué)光刻是末代技術(shù)的擔(dān)憂再次浮現(xiàn)。當(dāng)時有眾多針對65nm芯片制造及以下制程的NGL技術(shù)，包括：157nm波長、電子束、電子束投影光刻(EPL)、超紫外光、離子束、解剖刀掃描電子束等。而在過去十年內(nèi)，高指數(shù)(high-index)、納米壓印、無光罩和自組裝也陸續(xù)問世。

　　隨著時間的推移，157nm、高指數(shù)、EPL、解剖刀掃描電子束和其他技術(shù)逐漸銷聲匿跡。今天，余下的四個競爭者是EUV技術(shù)、納米壓印、無光罩和自組裝。

　　在20世紀90年代，軟X光技術(shù)的出現(xiàn)成為推動EUV的關(guān)鍵。包括英特爾(Intel)、超微(AMD)、摩托羅拉(Motorola)和國家實驗室，開始在加州Livermore的Lawrence Livermore Labs開發(fā)EUV技術(shù)。

　　EUV：前景光明，道路曲折

　　EUV技術(shù)采用13.5nm波長，在真空室中加工。其光學(xué)元件基本上是一個可透過層間干擾方式反射光線的無缺陷透鏡。

　　EUV技術(shù)一度被認為可用于65nm節(jié)點的生產(chǎn)，但該技術(shù)不斷延遲。而總擁有成本(COO)仍是一大問題，因為與現(xiàn)行的光學(xué)'光簇'(photo-cluster)售價7,000萬美元相比，今天EUV的'光簇'(photo-cluster)售價高達1.2億美元，Globalfoundries的Levinson表示。

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　　圖：EUV光刻技術(shù)原理

　　ASML、佳能(Canon)和尼康(Nikon)是三大主要的EUV掃描器制造商。但最近，佳能跌出了領(lǐng)先光刻廠商排行榜。

　　剩下的兩家廠商ASML和Nikon則有不同的策略。ASML公司正努力讓EUV技術(shù)能應(yīng)用在22nm節(jié)點，但Nikon認為在16或11nm節(jié)點前，該技術(shù)都尚未就緒。“EUV生態(tài)系統(tǒng)也會延遲，”Nikon的新世代技術(shù)開發(fā)部門總經(jīng)理Yuichi Shibasaki說。

　　尼康一直在開發(fā)的EUV工具稱為EUV1，這是一套生產(chǎn)系統(tǒng)，據(jù)報導(dǎo)該系統(tǒng)預(yù)計在2012年左出貨。

　　ASML公司的策略相對明確。如同其193nm浸入式策略，該公司趕在Nikon之前向客戶交付試產(chǎn)的EUV技術(shù)工具。ASML希望客戶將藉由這套試產(chǎn)工具獲得經(jīng)驗，從而逼使Nikon退出市場。

　　截至目前，ASML已出貨兩套alpha EUV工具，一套交付給Albany Nanotech，另一套則交貨給IMEC。ASML最近也對三星電子推出了其首款獨立的預(yù)生產(chǎn)EUV工具NXE:3100。ASML公司剛剛付運另外一套系統(tǒng)給IMEC。整體來說，ASML現(xiàn)有六張NXE:3100訂單。

　　NXE:3100據(jù)聞?chuàng)碛?7nm解析度，數(shù)值孔徑(NA)為0.25，場尺寸為26nm，光刻壘對(overlay)為4nm，flare則少于5%。這套工具售價將近1億美元。

　　該工具的目標(biāo)是在今年底達到每小時60片晶圓的吞吐量。但目前它的吞吐量每小時僅5片晶圓。EUV工具每小時約需200W的功率來處理100~150片晶圓。目前，ASML的EUV工具僅運作在10W左右。

　　分析師認為，ASML公司在推動EUV的過程中已經(jīng)做了非常好的努力。現(xiàn)在，該公司的EUV客戶正在等待由幾家第三方合作伙伴開發(fā)的光源能。

　　盡管問題頻傳，但ASML對光源供應(yīng)商付出了無比耐心。“我們有三家全力合作的廠商，”ASML執(zhí)行副總裁暨首席產(chǎn)品和技術(shù)長Martin van den Brink說。

　　有兩家廠商為ASML的NXE:3100工具提供光源能：Cymer公司和Ushio公司。Cymer已經(jīng)開發(fā)了基于雷射激發(fā)電漿型(laser-produced plasma, LPP)技術(shù)的光源能。據(jù)ASML表示，Cymer的LPP光源能是在11W的持續(xù)功率上運作。

　　競爭對手Ushio則正在開發(fā)一種基于放電技術(shù)的光源能。ASML稱Ushio的光源能已達到12W功率。另一家廠商Gigaphoton公司則展現(xiàn)了20W的功率。

　　“Cymer已經(jīng)售出了四套EUV光源能給客戶，而且正準(zhǔn)備推出第五套，來自三星的初步反饋指出混合圖案相當(dāng)良好，但吞吐量很差，”Barclays Capital分析師CJ Muse在一份報告中提到。