光刻行業(yè)遭雙重打擊 下一代技術(shù)面臨難題
[導讀]曾經(jīng)看來大有希望的遠紫外(EUV)光刻技術(shù)面臨著重重困難，193納米沉浸式技術(shù)似乎成為了必然的選擇，但成本高昂，而且很難延伸到16納米節(jié)點以下。半導體光刻工藝正面臨著技術(shù)和成本方面的雙重壓力。 半導體光刻工藝面臨
曾經(jīng)看來大有希望的遠紫外(EUV)光刻技術(shù)面臨著重重困難，193納米沉浸式技術(shù)似乎成為了必然的選擇，但成本高昂，而且很難延伸到16納米節(jié)點以下。半導體光刻工藝正面臨著技術(shù)和成本方面的雙重壓力。
半導體光刻工藝面臨技術(shù)和成本壓力
光刻行業(yè)正遭到雙重打擊：對用于集成電路生產(chǎn)的遠紫外光刻技術(shù)而言，機會窗口在慢慢關(guān)閉；而最有希望的一項替代技術(shù)即193納米沉浸式光刻技術(shù)卻成本高昂，于是行業(yè)陷入一片混亂當中。成本增加會對芯片尺寸的繼續(xù)縮小帶來嚴重的影響。
在近期國際光學工程學會(SPIE)主辦的先進光刻技術(shù)大會上，種種不利跡象表明，一再推遲的遠紫外光刻技術(shù)可能會進一步推遲到2013年，用于16納米節(jié)點——如果該技術(shù)果真能實現(xiàn)的話。這可能會妨礙像英特爾和三星這些站在前沿的芯片生產(chǎn)商，它們曾希望有機會獲得遠紫外光刻工具，用于2011年22納米節(jié)點的早期開發(fā)階段。
遠紫外光刻技術(shù)存在的問題為一批新興技術(shù)提供了契機，譬如沉浸式光刻、無掩膜光刻和納米壓印光刻。但至少就32納米和22納米節(jié)點而言，領(lǐng)先的競爭技術(shù)還是193納米沉浸式光刻，這項光刻技術(shù)涉及“兩次曝光(doub
leexposure)”和“兩次圖形曝光(doublepatterning)”這兩個熱門術(shù)語。
雖然許多公司已經(jīng)證明了兩次曝光和兩次圖形曝光切實可行，但沉浸式光刻技術(shù)的成本高于如今的圖形曝光方法。這意味著，芯片制造成本將來可能會大幅提升。這會對將來繼續(xù)竭力為每個工藝技術(shù)節(jié)點降低集成電路的比特價格帶來不利影響。
在SPIE先進光刻技術(shù)大會上，應用材料公司、海力士、IBM和比利時校際微電子研究中心(IMEC)各自介紹了有望降低這項技術(shù)成本的方法。
分析師G.DanHutcheson是VLSI研究公司的首席執(zhí)行官，他認為如果業(yè)界不去尋找新的光刻解決方案，摩爾定律就會失效。
Hutcheson仍認為，遠紫外光刻技術(shù)有一席之地。他說：“遠紫外光刻技術(shù)大有前途，但可能是在22納米之后的某個時候。遠紫外光刻技術(shù)會出現(xiàn)在16納米階段?！盚utcheson對無掩膜光刻和納米壓印光刻較為悲觀。他說：“除了研究領(lǐng)域外，無掩膜光刻不可能取得成功。納米壓印光刻技術(shù)也在半導體行業(yè)沒有用武之地?！?
這樣一來，193納米沉浸式光刻技術(shù)成了近期的選擇。
IBM公司最近宣布，它并沒有指望將遠紫外光刻技術(shù)用于邏輯芯片的22納米節(jié)點的早期開發(fā)階段——之前這家公司還對此寄予希望——遠紫外光刻技術(shù)的前景顯得更黯淡了。IBM及合作伙伴聲稱，它們會把193納米沉浸式光刻技術(shù)向下擴展到22納米節(jié)點，這要歸功于兩次圖形曝光或者兩次曝光技術(shù)。
IBM杰出工程師、光刻技術(shù)開發(fā)部門主管GeorgeGomba在SPIE技術(shù)大會上做報告時說：“用于22納米節(jié)點早期開發(fā)的遠紫外光刻技術(shù)將會推遲。沉浸式光刻技術(shù)將是惟一能夠滿足22納米節(jié)點的兩年周期和需求的解決方案。”
遠紫外光刻技術(shù)的主要支持者英特爾公司同意IBM的評價。英特爾高級研究員、技術(shù)和生產(chǎn)部的先進光刻部門主管YanBorodovsky說：“我們會有一樣的看法?！彼f，遠紫外光刻技術(shù)仍存在一直以來阻礙開發(fā)的“同一些問題”，包括缺少光掩膜、功率源和光刻膠(resist)。另外，每臺光刻機的售價可能高達驚人的7000萬美元。
圓晶代工巨頭臺積電公司的微制像技術(shù)發(fā)展處資深處長林本堅在SPIE大會上說：“人家說魔鬼在于細節(jié)；我要說，魔鬼在于掩膜、功率源和成本?！?
英特爾的Borodovsky說，接下來的12到18個月對實現(xiàn)遠紫外光刻技術(shù)至關(guān)重要。不過他堅持認為，這項技術(shù)仍在英特爾的路線圖上，用于2011年的22納米節(jié)點。
實際上，遠紫外光刻技術(shù)在英特爾內(nèi)部已經(jīng)推遲了幾次。英特爾曾想利用遠紫外光刻技術(shù)用于32納米節(jié)點。但去年，英特爾推遲了將這項技術(shù)投入32納米生產(chǎn)的工作。
大相徑庭的技術(shù)
遠紫外光刻技術(shù)使用13.5納米波長，與如今使用的傳統(tǒng)光刻工具大相徑庭。工藝步驟在多反射鏡真空室里面進行。光學元件基本上是沒有缺陷的反射鏡，這些反射鏡通過層間干擾來反射光線。
將遠紫外光刻技術(shù)投入市場方面的進展很緩慢。譬如說，為了獲得每小時生產(chǎn)100塊圓晶的產(chǎn)能，遠紫外光刻工具要有可以生成100瓦持續(xù)功率的功率源。迄今為止，最好的功率源在猝發(fā)模式下也只能生成四分之一的持續(xù)功率。
最近，光刻設備巨頭ASML控股公司為比利時勒芬的IMEC芯片生產(chǎn)研究組織和總部設在紐約的奧爾巴尼納米技術(shù)研究中心交付了遠紫外光刻“演示型”工具。ASML現(xiàn)正在開發(fā)一種更先進的“預生產(chǎn)型”遠紫外光刻設備，定于2009年下半年批量生產(chǎn)。上周，ASML聲稱它在這個方面取得了突破，它可以使用該工具刻印32納米密集線路和接觸孔。
ASML公司的營銷副總裁PeterJenkins說：“這是難度很大的技術(shù)。我們認為，能夠顯示低于30納米的圖案這項功能極具意義?！?
不甘落后的競爭對手尼康公司在上周披露了遠紫外光刻技術(shù)路線圖，聲稱它會在年底之前交付兩款原型，并在2009年年底之前推出一款生產(chǎn)型設備。
在幕后，ASML、佳能和尼康彼此競相開發(fā)新的193納米沉浸式掃描光刻設備，這種設備用于兩次曝光和兩次圖形曝光時代。首款這種設備定于2008年年中前后推出。
兩次曝光的優(yōu)點
幾家芯片生產(chǎn)商已經(jīng)將兩次圖形曝光技術(shù)運用到集成電路生產(chǎn)，據(jù)說美光科技公司也在此列。兩次圖形曝光要求進行兩次曝光，首先曝光一半線路、進行蝕刻、執(zhí)行其他步驟。然后，另一光刻膠涂層做到圓晶上，另一半圖案在第一批線路之間的空隙里面曝光。這種方法成本高、速度慢，但從技術(shù)上來說相對容易，不過要求大約2納米的套刻精度(overlayaccuracy)。
于兩次曝光，它需要先曝光一批線路，然后在執(zhí)行其他工藝步驟之前，將曝光圖案移到鄰近地方，對第二批線路進行曝光。雖然兩次曝光
速度比兩次圖形曝光快，但關(guān)鍵是找到一種非線性光刻膠——這種光刻膠的化學特性能夠吸收來自鄰近曝光的弱光，又不會形成圖案。
至于邏輯芯片的生產(chǎn)，IBM上周提議后段制程采用基于暗場、雙極照明的兩次曝光技術(shù)。雙極照明可以把掩膜圖案分為X軸和Y軸兩層，然后對它們進行兩次曝光。
IBM在實驗室里面使用了數(shù)值孔徑為0.93的193納米沉浸式掃描設備。IBM使用ASML的Maskweaver光學鄰近校正工具和專門的三層光刻膠，聲稱已演示了第一層金屬線之間的間距為90到100納米的器件。
IMEC已開發(fā)出一種兩次圖形曝光技術(shù)，能夠獲得50納米半間距、單鑲嵌設計。IMEC使用了數(shù)值孔徑為0.85的193納米沉浸式掃描設備。它還采用與雙極照明相競爭的四極照明方案，使用了6%的軟相移掩膜(PSM)和有機材料的雙層光刻膠。
應用材料公司在技術(shù)大會上演示了一種類似方法：自對準兩次圖形曝光技術(shù)，該技術(shù)面向干式光刻而不是沉浸式光刻，從而引起了人們的濃厚興趣。該方法采用了應用材料公司的先進圖膜(AdvancedPatterningFilm)和等離子增強的化學氣相沉積系統(tǒng)。應用材料公司薄膜事業(yè)部的高級副總裁兼總經(jīng)理FarhadMoghadam說：“該方法能夠使用193納米‘干式’掃描設備獲得32納米線路和間隙壁?！?BR>
半導體光刻工藝面臨技術(shù)和成本壓力
光刻行業(yè)正遭到雙重打擊：對用于集成電路生產(chǎn)的遠紫外光刻技術(shù)而言，機會窗口在慢慢關(guān)閉；而最有希望的一項替代技術(shù)即193納米沉浸式光刻技術(shù)卻成本高昂，于是行業(yè)陷入一片混亂當中。成本增加會對芯片尺寸的繼續(xù)縮小帶來嚴重的影響。
在近期國際光學工程學會(SPIE)主辦的先進光刻技術(shù)大會上，種種不利跡象表明，一再推遲的遠紫外光刻技術(shù)可能會進一步推遲到2013年，用于16納米節(jié)點——如果該技術(shù)果真能實現(xiàn)的話。這可能會妨礙像英特爾和三星這些站在前沿的芯片生產(chǎn)商，它們曾希望有機會獲得遠紫外光刻工具，用于2011年22納米節(jié)點的早期開發(fā)階段。
遠紫外光刻技術(shù)存在的問題為一批新興技術(shù)提供了契機，譬如沉浸式光刻、無掩膜光刻和納米壓印光刻。但至少就32納米和22納米節(jié)點而言，領(lǐng)先的競爭技術(shù)還是193納米沉浸式光刻，這項光刻技術(shù)涉及“兩次曝光(doub
leexposure)”和“兩次圖形曝光(doublepatterning)”這兩個熱門術(shù)語。
雖然許多公司已經(jīng)證明了兩次曝光和兩次圖形曝光切實可行，但沉浸式光刻技術(shù)的成本高于如今的圖形曝光方法。這意味著，芯片制造成本將來可能會大幅提升。這會對將來繼續(xù)竭力為每個工藝技術(shù)節(jié)點降低集成電路的比特價格帶來不利影響。
在SPIE先進光刻技術(shù)大會上，應用材料公司、海力士、IBM和比利時校際微電子研究中心(IMEC)各自介紹了有望降低這項技術(shù)成本的方法。
分析師G.DanHutcheson是VLSI研究公司的首席執(zhí)行官，他認為如果業(yè)界不去尋找新的光刻解決方案，摩爾定律就會失效。
Hutcheson仍認為，遠紫外光刻技術(shù)有一席之地。他說：“遠紫外光刻技術(shù)大有前途，但可能是在22納米之后的某個時候。遠紫外光刻技術(shù)會出現(xiàn)在16納米階段?！盚utcheson對無掩膜光刻和納米壓印光刻較為悲觀。他說：“除了研究領(lǐng)域外，無掩膜光刻不可能取得成功。納米壓印光刻技術(shù)也在半導體行業(yè)沒有用武之地?！?
這樣一來，193納米沉浸式光刻技術(shù)成了近期的選擇。
IBM公司最近宣布，它并沒有指望將遠紫外光刻技術(shù)用于邏輯芯片的22納米節(jié)點的早期開發(fā)階段——之前這家公司還對此寄予希望——遠紫外光刻技術(shù)的前景顯得更黯淡了。IBM及合作伙伴聲稱，它們會把193納米沉浸式光刻技術(shù)向下擴展到22納米節(jié)點，這要歸功于兩次圖形曝光或者兩次曝光技術(shù)。
IBM杰出工程師、光刻技術(shù)開發(fā)部門主管GeorgeGomba在SPIE技術(shù)大會上做報告時說：“用于22納米節(jié)點早期開發(fā)的遠紫外光刻技術(shù)將會推遲。沉浸式光刻技術(shù)將是惟一能夠滿足22納米節(jié)點的兩年周期和需求的解決方案。”
遠紫外光刻技術(shù)的主要支持者英特爾公司同意IBM的評價。英特爾高級研究員、技術(shù)和生產(chǎn)部的先進光刻部門主管YanBorodovsky說：“我們會有一樣的看法?！彼f，遠紫外光刻技術(shù)仍存在一直以來阻礙開發(fā)的“同一些問題”，包括缺少光掩膜、功率源和光刻膠(resist)。另外，每臺光刻機的售價可能高達驚人的7000萬美元。
圓晶代工巨頭臺積電公司的微制像技術(shù)發(fā)展處資深處長林本堅在SPIE大會上說：“人家說魔鬼在于細節(jié)；我要說，魔鬼在于掩膜、功率源和成本?！?
英特爾的Borodovsky說，接下來的12到18個月對實現(xiàn)遠紫外光刻技術(shù)至關(guān)重要。不過他堅持認為，這項技術(shù)仍在英特爾的路線圖上，用于2011年的22納米節(jié)點。
實際上，遠紫外光刻技術(shù)在英特爾內(nèi)部已經(jīng)推遲了幾次。英特爾曾想利用遠紫外光刻技術(shù)用于32納米節(jié)點。但去年，英特爾推遲了將這項技術(shù)投入32納米生產(chǎn)的工作。
大相徑庭的技術(shù)
遠紫外光刻技術(shù)使用13.5納米波長，與如今使用的傳統(tǒng)光刻工具大相徑庭。工藝步驟在多反射鏡真空室里面進行。光學元件基本上是沒有缺陷的反射鏡，這些反射鏡通過層間干擾來反射光線。
將遠紫外光刻技術(shù)投入市場方面的進展很緩慢。譬如說，為了獲得每小時生產(chǎn)100塊圓晶的產(chǎn)能，遠紫外光刻工具要有可以生成100瓦持續(xù)功率的功率源。迄今為止，最好的功率源在猝發(fā)模式下也只能生成四分之一的持續(xù)功率。
最近，光刻設備巨頭ASML控股公司為比利時勒芬的IMEC芯片生產(chǎn)研究組織和總部設在紐約的奧爾巴尼納米技術(shù)研究中心交付了遠紫外光刻“演示型”工具。ASML現(xiàn)正在開發(fā)一種更先進的“預生產(chǎn)型”遠紫外光刻設備，定于2009年下半年批量生產(chǎn)。上周，ASML聲稱它在這個方面取得了突破，它可以使用該工具刻印32納米密集線路和接觸孔。
ASML公司的營銷副總裁PeterJenkins說：“這是難度很大的技術(shù)。我們認為，能夠顯示低于30納米的圖案這項功能極具意義?！?
不甘落后的競爭對手尼康公司在上周披露了遠紫外光刻技術(shù)路線圖，聲稱它會在年底之前交付兩款原型，并在2009年年底之前推出一款生產(chǎn)型設備。
在幕后，ASML、佳能和尼康彼此競相開發(fā)新的193納米沉浸式掃描光刻設備，這種設備用于兩次曝光和兩次圖形曝光時代。首款這種設備定于2008年年中前后推出。
兩次曝光的優(yōu)點
幾家芯片生產(chǎn)商已經(jīng)將兩次圖形曝光技術(shù)運用到集成電路生產(chǎn)，據(jù)說美光科技公司也在此列。兩次圖形曝光要求進行兩次曝光，首先曝光一半線路、進行蝕刻、執(zhí)行其他步驟。然后，另一光刻膠涂層做到圓晶上，另一半圖案在第一批線路之間的空隙里面曝光。這種方法成本高、速度慢，但從技術(shù)上來說相對容易，不過要求大約2納米的套刻精度(overlayaccuracy)。
于兩次曝光，它需要先曝光一批線路，然后在執(zhí)行其他工藝步驟之前，將曝光圖案移到鄰近地方，對第二批線路進行曝光。雖然兩次曝光
速度比兩次圖形曝光快，但關(guān)鍵是找到一種非線性光刻膠——這種光刻膠的化學特性能夠吸收來自鄰近曝光的弱光，又不會形成圖案。
至于邏輯芯片的生產(chǎn)，IBM上周提議后段制程采用基于暗場、雙極照明的兩次曝光技術(shù)。雙極照明可以把掩膜圖案分為X軸和Y軸兩層，然后對它們進行兩次曝光。
IBM在實驗室里面使用了數(shù)值孔徑為0.93的193納米沉浸式掃描設備。IBM使用ASML的Maskweaver光學鄰近校正工具和專門的三層光刻膠，聲稱已演示了第一層金屬線之間的間距為90到100納米的器件。
IMEC已開發(fā)出一種兩次圖形曝光技術(shù)，能夠獲得50納米半間距、單鑲嵌設計。IMEC使用了數(shù)值孔徑為0.85的193納米沉浸式掃描設備。它還采用與雙極照明相競爭的四極照明方案，使用了6%的軟相移掩膜(PSM)和有機材料的雙層光刻膠。
應用材料公司在技術(shù)大會上演示了一種類似方法：自對準兩次圖形曝光技術(shù)，該技術(shù)面向干式光刻而不是沉浸式光刻，從而引起了人們的濃厚興趣。該方法采用了應用材料公司的先進圖膜(AdvancedPatterningFilm)和等離子增強的化學氣相沉積系統(tǒng)。應用材料公司薄膜事業(yè)部的高級副總裁兼總經(jīng)理FarhadMoghadam說：“該方法能夠使用193納米‘干式’掃描設備獲得32納米線路和間隙壁?！?BR>
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