浸潤式微影壽命延長EUV恐無出頭天？

當193奈米微影技術在半導體制程技術藍圖上已經接近終點，下一代應該是157奈米微影；德州儀器( TI )前段制程部門經理Jim Blatchford雖然才剛完成采購先進157奈米微影系統(tǒng)的協商，他還是有點擔心這種未經驗證的技術。
所以Blatchford跑去參加一場在2004年國際光電工程師學會(SPIE)年度會議中舉辦的157奈米微影技術講座。但當他走進會議室，卻驚訝地發(fā)現幾乎沒人，室內安靜到能聽見外面滴滴答答的雨聲；可見157奈米微影技術出了什么差錯。
后來Blatchford發(fā)現，與會者都擠在193奈米浸潤式微影(immersion lithography)技術會議室里，講師還聲稱，工程師毋須冒險采用157奈米微影技術，他們只需要把接近晶圓片的縮影鏡頭(reduction)浸到水里，就能藉由水的折射率(1.44)提升鏡頭縮小倍率。若使用折射率更高的液體，還有可能將193奈米微影技術的壽命更進一步延長。
「讓我最驚訝的是，大家是如此快速地采用了浸潤式微影技術；一旦有種可行的技術完成開發(fā)，每個人立即就能上線采用?！笲latchford表示。
193奈米光源在65奈米節(jié)點會遭遇解析度的限制，但藉由浸潤式微影技術可將其使用壽命延續(xù)至40~45奈米節(jié)點（來源：Nikon）
浸潤式微影技術被如此快速接受的原因，是因為奠基于經證實的浸潤式顯微鏡(immersion microscopy)原理。該原理可回溯至1600年代，由英國自然哲學家(natural philosopher) Robert Hooke所提出；到了1800年代，由義大利天文學家與顯微鏡專家Giovanni Battista Amici證實。1900年代，浸潤式顯微鏡技術已經成為科學。
上述原理是利用光通過液體介質時會彎折的特性──把筆直的筷子插在裝滿水的玻璃杯時，會看到好像折斷了──因為如此，顯微鏡的影像透過浸濕的鏡頭會進一步放大。相反地??，當光線通過浸在液體中的微縮影鏡頭時，就能將影像藉由折射率進一步縮小。
目前我們已知，結合浸潤式微影技術與多重圖形(multiple-patterning)技術──也就是將光罩分成多個部分，分在不同的步驟進行曝光──標準193奈米微影能延伸使用至32奈米制程節(jié)點；而透過采用更復雜的多重圖案以及高折射率的液體，193奈米微影的壽命還可望再進一步延續(xù)。
「英特爾 (Intel)已經完成32奈米制程節(jié)點的三重圖形技術，許多工程師也在討論于14奈米節(jié)點采用多重圖形；」Blatchford表示：「還有其他一些技巧能用來將間距加倍，使浸潤式微影技術有機會延伸至10奈米節(jié)點。」
深紫外光(EUV)微影技術還在開發(fā)階段，許多半導體大廠也表達了一旦該技術開發(fā)完成就會采用的意愿；但其他業(yè)者現在預期，浸潤式微影技術、多重圖形以及高折射率液體，將讓193奈米微影設備一直走到國際半導體技術藍圖(ITRS)目前的終點──8奈米。
「很難說是否會有某種革命性新架構出現，讓晶片制程能進一步超越技術藍圖目前的終點；」Blatchford指出：「但英特爾曾公開表示，就算EUV技術永遠無法成功，浸潤式微影技術還是可能延續(xù)到目前半導體技術藍圖的終點?！?br>包括Nikon、Canon與ASML 等設備業(yè)者，過去十年來都致力于讓EUV成真；該技術使用的光源波長僅有10奈米，因此理論上能達到次5奈米(sub-five nm)節(jié)點、也就是僅有幾個分子的寬度。不過到那時候，碳材料電子元件可能已經發(fā)展出新的技術藍圖，我們再也不需要微影技術、蝕刻光罩，未來的IC會從原子層級開始就自組裝成完整的電路。