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半導體巨擘重新點燃超紫外光微影技術新希望

上網時間: 2014年04月07日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:超紫外光  微影  EUV  互補微影  數字孔徑 

作者:麥利

半導體產業巨擘英特爾(Intel)和台積電(TSMC)日前分別發佈兩項最新成就,為業界重新點燃起對於超紫外光(EUV)微影技術的希望。

事實上,半導體產業還有幾種可取代193nm浸潤式微影的替代方案,但超紫外光微影一直被視為最有前景的工具之一,半導體業界也一直期望在生產未來一代更小、更快的晶片時,能藉由EUV技術降低正持續增加的複雜度。

EUV基本上是一種軟性X光微影技術,其他還包括多重電子束微影是直寫電子束技術的升級版,奈米壓印取自於古老的熱壓成型技術,而另一項新興的下一代微影技術──定向自組裝(DSA),則利用了嵌段共聚物互補製圖機制。

一方面,193nm浸潤式微影技術正持續擴展至更先進的幾何製程,目前也還是晶圓廠的主力生產工具。然而,EUV、多重電子束與奈米壓印等下一代微影技術一再延遲,至今還無法為晶片量產做好準備。

如今,晶片製造商已經必須為一台掃描器支付高達5千萬美元了。而圖形系統的挑戰仍持續發生在20nm節點及其以下製程。“包括像英特爾這樣的公司現在都被迫得採取雙重圖形技術了,這不僅增加光罩與其他製程步驟,同時也帶來驚人的複雜度與龐大支出,”Pacific Crest Securities公司分析師Weston Twigg指出。

然而,半導體產業卻還沒為下一代微影技術做好準備。“但我們絕對不會放棄,”英特爾資深研究員兼先進微影技術總監Yan Borodovsky指出,“我們仍然致力於支持現正發展中的各種技術,包括EUV、電子束與定向自組裝。我們將更關切這些技術,並積極發展相關計劃。”

英特爾和台積電計劃從大約2017年開始使用超精細圖案系統來生產新一代的7nm和10nm晶片。但這樣的雄心壯志已經多次受到挫折了:EUV微影原本的目標最早是在2007年開始啟用。

等待下一代微影——EUV?

針對下一代微影技術的出貨時間表仍難以掌握,但很明顯地,半導體產業遲早都需要一款解決方案。例如在20nm,代工廠將繼續利用193nm浸潤式掃描儀,但在此製程節點上,他們也已經被迫要使用更昂貴的多重圖形方案了。

一般來說,代工廠在16nm/14nm節點推出FinFET製程時,將會延續相同的策略。Weston Twigg表示,來自代工廠的FinFET一開始將沿用20nm後段製程,甚至到16nm/14nm時,代工廠可能仍使用其現有的工具。

Weston Twigg預計,代工廠採用的20nm/16nm/14nm製程可能延續到2016年或2017年。最大的挑戰來自於10nm製程──當晶圓代工廠必須決定是否擴展193nm/多重圖形或改採EUV等下一代微影技術。“當代工廠在2017或2018年過渡至10nm時,他們應該保持使用多種圖形或EUV系統的靈活性──當然,前提是這些技術已準備就緒。”

EUV由於使用了13.5nm波長,使其相當具有吸引力,因為它讓業界得以維持單次曝光路徑。不過,由於缺乏足夠的光源等問題,EUV也已經數度延遲了。

因此,EUV可能會再度錯過10nm。“目前,業界正面臨進展到EUV技術的巨大鴻溝。”Globalfoundries資深研發總監Bryan Rice指出,“因此,現階段我們不得不承認,針對10nm,我們還無法使用EUV技術,而仍得選擇193nm。”

EUV也可能處於錯過7nm節點的風險。有一段時間,英特爾表示將擴展193nm浸潤式微影至10nm。後來,英特爾將EUV技術定調在7nm,不過也有跡象顯示這家晶片巨擘可能延遲這項技術。Weston Twigg 指出,“對於英特爾而言,我們預期會在代工廠之後才採用EUV,這一時間點大約是在5nm節點,但也有機會發生在7nm節點時。”

英特爾公司首席微影工程師Mark C. Phillips

互補微影的概念

英特爾公司首席微影工程師Mark C.Phillips在接受《EETimes》採訪時表示,“晶片製造已經變成每一奈米都得計較的競賽,如果少了嚴格的數學學理途徑,是不可能實現的。”

在日前於美國舊金山舉行的SPIE先進微影大會上,Phillips透露了ASML公司正在開發的一種全新分析工具,這種工具主要用於處理下一代晶片中的邊緣位置誤差(EPE)——由於種種原因,這個問題正變得越來越嚴重。只是新建模工具的某一方面“就得花費大約10頁紙的數學演算才能解釋,”Phillips表示在去年的一次會議後,他邀請ASML公司開始致力於研究一個新概念。

這就是英特爾首創名為‘互補微影’(complementary lithography)的概念,它可能成為目前的新建模工具。互補微影以1D佈局為基礎,並包含兩階段的圖形系統設計──光閘與線切割。第一次曝光使用193nm浸潤式微影以製作光閘,另一次曝光則用於切割間距分割線。

英特爾互補微影的概念
英特爾互補微影的概念-以40nm間距為例
(來源:Intel)

(下一頁繼續:互補微影)


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