長久以來看好可作為芯片制造業(yè)的下一大步── 超紫外光(EUV)光刻技術事實上還未能準備好成為主流技術。這意味著急于利用EUV制造技術的全球芯片制造商們正面臨著一個可怕的前景──他們必須使用較以往更復雜且昂貴的技術來擴展現(xiàn)有的光學光刻工具，如雙重曝光等。更糟的是，EUV技術的差距對于半導體制造供應鏈的根本經濟基礎構成了威脅。
EUV技術最初是在2005年時針對生產用途所開發(fā)的，后來一直被期待用于22nm芯片制造，英特爾公司也已于去年率先啟動這項技術?，F(xiàn)在，英特爾計劃擴展光學光刻技術至14nm節(jié)點，而從2015年下半年開始的10nm節(jié)點將轉換至以EUV技術作為其主流生產方式。此外，三星公司也計劃最快可在2013年導入EUV技術量產制造。

但芯片制造商希望能在他們計劃進行量產制造前，能夠讓EUV技術預先做好準備，那么他們將可先行建立芯片設計規(guī)則以及調整其制程。而今，一連串的挑戰(zhàn)依然存在，包括開發(fā)更好的掩膜檢測、維修工具以及感光度更佳的光刻膠。

截至目前為止，推動EUV量產的最大障礙是EUV工具上的晶圓吞吐量，仍遠低于可實現(xiàn)EUV制造所需的標準。造成吞吐量受限的原因則是由于缺乏能夠提供所需功率與可靠性的EUV光源。

“我認為EUV光源顯然無法在未來幾年內準備好所需的功率與可靠性，”凸版印刷(Toppan Photomask)公司技術長Franklin Kalk表示，“隨著第一款生產工具計劃遲至2012年晚期推出，生產整合需在那之后才能進行，想要在2013年量產EUV技術預計是難以達到的目標。”

KLA-Tencor公司副總裁兼總經理Brian Haas在去年9月舉行的一場業(yè)界會議中表示，在周遭不斷充斥著對于吞吐量的質疑，過去將EUV技術視為次世代光刻主導技術的看法已經改變了。其它一度被認為是利基型的技術，如納米壓印光刻技術，最終可能在某些設備應用上扮演著更主流的角色。

光刻設備供應商ASML公司已經售出6套EUV預生產工具給芯片廠商了。根據(jù)ASML公司首席科學家Bill Arnold表示，其中三套系統(tǒng)現(xiàn)正被用于曝光晶圓，其他系統(tǒng)則分別在裝機至出貨給客戶的不同階段中。ASML坦承該工具的吞吐量大約每小時產出不到10片晶圓。一些觀察家則認為該工具每小時產出約僅在1-5片晶圓之間。

已經有許多制造商嘗試過了，但至今都未能開發(fā)出具有足夠功率與可靠性的EUV光源，以使EUV光刻技術達到充份的吞吐量。ASML表示至少有三家公司可望解決這項挑戰(zhàn)，包括Ushio、GigaPhoton以及ASML的長期供應商Cymer。

ASML公司表示，日前有兩家光源供應商分別展示其不同等級的光源技術，應該有助于提高EUV掃描器的吞吐量到每小時約15片晶圓。這也將使設備公司得以開始擘劃發(fā)展藍圖──在2012夏季以前提升EUV吞吐量至可實現(xiàn)商用化標準。

芯片制造商希望EUV光刻最終能達到每小時100片以上晶圓的吞吐量，但目前看來似乎還不太可能。一些觀察家預測大約每小時60-80片晶圓的吞吐量就足以使在EUV技術的投資更具有吸引力，但Haas說：“現(xiàn)實情況是我們可能也達不到這一目標?！?br>
ASML公司已加緊監(jiān)督其供應商的EUV技術光源開發(fā)工作，甚至指派最優(yōu)秀的工程師長駐于供應商處，Arnold表示。盡管每小時處理60片晶圓的目標仍是一大挑戰(zhàn)，但ASML聲稱今年就能達到這個目標。

一些觀察家們仍然相信ASML公司將督促其供應商開發(fā)出一款合適的光源，而使EUV技術得以在2015年投入量產。但對此抱持懷疑態(tài)度者──甚至包括一些EUV技術的大力支持者們均質疑是否還要再為此付出更多的腦力與苦力？光源開發(fā)人員們是否正與實體定律進行一場毫無勝算的戰(zhàn)役？

“許多的經濟規(guī)模實際上取決于掃瞄器能否達到一定的吞吐量閾值，而這就是我們付出許多心血之處，”Arnold表示。“如果這是一個只要付出大量心力就能解決的問題，我們終將解決這個問題?！?br>
然而，如果短期內無法克服吞吐量的問題，芯片制造商們將別無選擇，只能再進一步尋求擴展193 nm ArF光刻技術的替代方法。ArF光刻技術一直是過去十年來的主流途徑。

但這樣做的代價不菲。制程工程師們已利用一些技術進行22nm節(jié)點的芯片制造，這些技術包括光學鄰近校正(OPC)、相位移掩膜(PSM)，以及最近的浸入式光刻技術、光源掩膜優(yōu)化和雙重曝光等。使用一組掩膜花費可能就高達2百萬美元以上，是芯片設計實現(xiàn)量產時的最高成本之一。

英特爾公司已下注于這項技術了。該公司希望在10nm節(jié)點的關鍵層利用EUV技術作為其主要的光刻技術，但另一方面也研究如何擴展ArF光刻技術至10nm的方法，根據(jù)英特爾公司研究員Vivek Singh表示。

但英特爾必須很快地作出決定，究竟要不要為10nm制程建立兩套設計規(guī)則──一套用于EUV，另一套則用于ArF？或是只選用其中一種？Singh補充道，“這就跟錢有關了?！?br>
英特爾的另一位研究人員Mark Bohr最近告訴我們，英特爾公司在擴展193nm浸入式光刻至10nm節(jié)點上已經得到令人振奮的結果了，但他并未透露進一步的細節(jié)。

歐洲微電子研究中心(IMEC)一直是研究EUV光刻技術的旗艦中心，去年7月宣布開始采用ASML試產工具曝光EUV晶圓。但IME也進行其它應急措施；CEO Luc Van den Hove最近表示，IMEC將采用ASML最新的193nm浸入式光刻工具來處理光學光刻開發(fā)作業(yè)；一旦面臨EUV無法用于14nm節(jié)點的情況下，這將可作為一項備用計劃。

但在14nm及更先進制程，采用光學浸入式光刻技術的雙重圖形方法無法提供足夠的解析度來寫入光罩特色；有時還必須使用到三倍、四倍或什至五倍圖形。

但以往只需要使用一個光罩的關鍵層，現(xiàn)在卻得使用多達五個光罩──這將會為任何設計增加相當大的成本。但至于費用貴到什程度會成為問題，現(xiàn)在也還不清楚，因為EUV本身就不便宜。一些設備市場分析師指出，生產EUV工具的花費可能高達1億美元以上。

根據(jù)KLA的Haas表示，EUV技術的開發(fā)困境可能是'噩夢'一場，挑戰(zhàn)著業(yè)界供應鏈的根本經濟學。Haas警告，如果EUV光刻工具的吞吐量無法達到每小時超過30片晶圓，記憶體芯片制造商仍可能以該技術實現(xiàn)量產，但一般代工廠、邏輯芯片供應商以及其他廠商將被迫采用替代方案。這種分歧將迫使KLA及其他工具供應商以較銷售預期更少的產量來攤銷EUV光罩偵測工具及其它設備的開發(fā)成本，最終導致成本更高，而使?jié)撛谫I主因天價而怯步或撤銷購買計劃。[!--empirenews.page--]

Haas認為，ASML公司最終將解決光源問題，并讓EUV工具達到可進行商用生產的吞吐量。

“我很樂觀，而且我們也應該要樂觀面對。因為我們都靠這項技術了。EUV光刻技術在經濟上勢在必行?！?br>
到了2015年時，我們就會知道是采取這種或哪一種方式了。


圖說：業(yè)界開發(fā)EUV光刻技術工具時間表