[導(dǎo)讀]Cost matters。用中國話說就是“成本猛于虎”。
半導(dǎo)體業(yè)人士最大的夢想莫過于以最小的成本投入換取最大的回報。因此，按比例縮小、在單片晶圓上制造出更多的芯片是創(chuàng)新最強大的驅(qū)動力，它影響著成千上萬的工程師
Cost matters。用中國話說就是“成本猛于虎”。
半導(dǎo)體業(yè)人士最大的夢想莫過于以最小的成本投入換取最大的回報。因此，按比例縮小、在單片晶圓上制造出更多的芯片是創(chuàng)新最強大的驅(qū)動力，它影響著成千上萬的工程師們前赴后繼，并推動大規(guī)模的企業(yè)投資。
“看似尋常最奇崛，成如容易卻艱辛?！币驗椤敖K結(jié)”畢竟會發(fā)生，很難想象器件的柵能比原子的半徑還小。好在光刻的持續(xù)進步將有助于推動未來幾個技術(shù)節(jié)點的到來。后ArF時代的光刻征途儼然開始了。
計算光刻的春天
計算光刻無疑是摩爾定律連續(xù)跨越4大技術(shù)節(jié)點的歷程中較為輝煌的一個故事。過去半導(dǎo)體芯片主要通過物理特征的變化，來實現(xiàn)按比例縮小，包括通過減小光刻波長、增大數(shù)值孔徑（NA），以及形成可實現(xiàn)化學(xué)放大的光刻膠。從特征尺寸進入180nm開始，軟件成為芯片按比例縮小的主要推動力（圖1）。
“計算光刻的原理是將軟件體系結(jié)構(gòu)和高性能計算與掃描設(shè)備、光刻膠和刻蝕工藝結(jié)合起來，形成可通過校正掩膜形狀來彌補物理范疇的不足的系統(tǒng)?！盇SML的臺灣區(qū)戰(zhàn)略市場總監(jiān)Peter Cheang博士這樣總結(jié)何謂計算光刻。
計算光刻運用了一系列的數(shù)值模擬技術(shù)來改善光刻掩膜版的性能。這些技術(shù)包括：分辨率增強技術(shù)（Resolution Enhancement Technology，RET)、光學(xué)臨近修正技術(shù)（Optical Proximity Correction，OPC)、照明光源與掩膜圖形的相互優(yōu)化技術(shù)（Source Mask Optimization，SMO)。其中最具前景的計算光刻技術(shù)在源掩膜優(yōu)化（SMO）領(lǐng)域（圖2）。一直以來，芯片廠商對各個制造工藝步驟的優(yōu)化都是獨立進行的，然而當發(fā)展至32nm及更小節(jié)點時，這種獨立的優(yōu)化模式便不再適用。
“SMO不僅僅指對掩膜單獨進行修改，而是在設(shè)計的基礎(chǔ)上對光源和掩膜同時進行優(yōu)化。光源掩膜優(yōu)化還可能大幅增加193nm掃描型光刻機可加工的工藝窗口，可將其延伸至16nm技術(shù)節(jié)點。”Peter Cheang博士說，“過去，進行一種產(chǎn)品的研發(fā)都需要在真正的硅片上真刀實槍的進行，流片過程涉及各項工藝，再加上繁瑣的檢測，往往一個周期耗時幾個月之久。如果引入計算光刻，特別是SMO技術(shù)，那么一切都變成數(shù)字化和虛擬化的過程。也就是說，通過相關(guān)的軟件，將參數(shù)、圖形等數(shù)據(jù)輸入，即可在極短時間內(nèi)完成一個研發(fā)流程。既縮短了時間，又節(jié)約了生產(chǎn)線流片的成本，相關(guān)光刻性能也會更好?，F(xiàn)在的4X、3Xnm的關(guān)鍵層均采用了SMO技術(shù)?！?br>
過去，掩膜設(shè)計人員首先從與目標晶圓圖形相似的掩膜圖形著手，對掩膜的特性進行小范圍調(diào)整，直到獲得所需的晶圓結(jié)構(gòu)為止。該方法在2Xnm節(jié)點處開始失效，因為193nm的光刻延伸至一個極端次波長范圍。因此，在2Xnm節(jié)點上使用反向光刻技術(shù)（ILT）和SMO等模擬計算光刻技術(shù)變成可行。ILT通常會產(chǎn)生一個復(fù)雜的掩膜圖形和大量非常細小的結(jié)構(gòu)，使掩膜生產(chǎn)變得非常困難。更有甚者，SMO涉及到計算不均勻的掃描機光強分布。該分布旨在與ILT掩膜一起，在晶圓上呈現(xiàn)最佳的光刻效果。
然而，計算光刻方法也需要占用資源。早期的全芯片仿真需要一百萬個CPU小時，盡管從此之后的EMF反推流程可以獲得更高的效率。一旦設(shè)計收斂，就需要在光刻掩膜上制作實際的圖形，之后進行檢驗和修補。在整個芯片上采用該方法與分隔出批次控制晶圓的成品率類似，這是一個工藝開發(fā)完成的信號。其它的挑戰(zhàn)包括為獲得同樣的相移需要進行的點陣（與尺寸無關(guān)）腐蝕、最終掩膜檢查和缺陷修補。
Peter Cheang博士介紹說，ASML目前提出了一體化光刻技術(shù)，即在芯片設(shè)計階段就將實際生產(chǎn)中的不穩(wěn)定性考慮進來，整合所有步驟，使用實際的光刻機配置和調(diào)節(jié)功能，以工藝窗口最大化為目標來創(chuàng)建瞄準指定工藝節(jié)點和應(yīng)用的設(shè)計。使光源掩膜和照明源實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，以獲得最大的工藝窗口。 在制造過程中，一體化光刻技術(shù)充分利用獨特的測量技術(shù)和反饋回路，監(jiān)控套準精度及CDU性能，使系統(tǒng)持續(xù)以工藝規(guī)格為中心，能夠讓光刻機性能維持在預(yù)先定義的基準范圍之內(nèi)，從而實現(xiàn)最佳工藝窗口，并提高產(chǎn)品良率。
在推動計算光刻技術(shù)發(fā)展的進程中，模型化的OPC也功不可沒，它滿足了從90nm到20nm及其以下工藝中對整個芯片上CD均勻性（CDU）的要求。由于未來對CDU的目標要求會更加苛刻，對整個芯片級的光刻性能優(yōu)化將會變得非常重要和極其必要。針對現(xiàn)有工藝進行校準的模型化OPC，就必須在整個芯片級的CD校正和認證上提供可靠的精確度。
通常的OPC模型僅僅局限在所校準的光學(xué)和光刻膠的狀況，每次任何一個光學(xué)設(shè)置發(fā)生改變，這種模型就要重新進行校準。為了能夠在采用現(xiàn)有涂膠工藝情況下對即將采用的新一代曝光設(shè)備預(yù)先進行光刻工藝的表征，就需要一個完全分離型的光刻模型。因此，光刻膠、成像設(shè)備和掩膜模型都必須相互獨立，這樣才可使現(xiàn)有的光刻膠和掩膜模型能與新一代光學(xué)配置模型相結(jié)合。
盡管前景美好，但計算光刻依然面臨著節(jié)點縮小帶來的不少問題（圖3）。比如說OPC層數(shù)的增加、圖形密度的復(fù)雜度、越來越高的計算精度、所需的模型精度等等。
EUV光刻：想說愛你不容易！
當193nm浸入式光刻在32nm制程中風(fēng)生水起，甚至有望在22nm光刻技術(shù)之爭中再次獨領(lǐng)風(fēng)騷時，人們不禁發(fā)出感嘆，193nm會成為“最后的波長”嗎？
但是，22nm節(jié)點時，浸入式光刻將面臨很多的難題：采用昂貴且復(fù)雜的雙重圖形技術(shù)時，怎樣將圖形友好的分離，這需要進行分離算法和相關(guān)的強大軟件；在兩次曝光時，如何實現(xiàn)精確對準并抑制交叉曝光所引起的臨近光學(xué)效應(yīng)；雙重曝光導(dǎo)致產(chǎn)率降低約40%之巨，那么成本上的劣勢如何彌補？浸入液的折射率預(yù)計將高于1.6，相關(guān)的材料能否配合？
193nm遇到的困局為EUV光刻打開了大門。
“物理就是物理，無論采用怎樣的方法來延長193nm的使用壽命，極限還是會達到?！?Peter Cheang博士說，“盡管浸入式方法增大了NA，但其增大畢竟有限，最終分辨率的進一步提高仍然需要在減小波長方面尋找出路。EUV將在未來的10年內(nèi)為光刻的進一步發(fā)展提供很大的幫助?！盵!--empirenews.page--]
EUV的波長為13.4nm，比ArF準分子激光在水中的等效波長還小一個數(shù)量級。對22nm來說，數(shù)值孔徑NA只需2.5，而k1則可提高到0.6。EUV技術(shù)原本被寄希望于在65nm技術(shù)節(jié)點被采用，但是隨著浸入式光刻、雙重圖形等技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，它嶄露頭角的日子不斷的推遲。甚至有人質(zhì)疑是否真的需要EUV？
EUV技術(shù)一直以來阻礙開發(fā)的問題包括：缺少光掩膜、光源功率和光刻膠。另外，每臺光刻機的售價可能高達驚人的7000萬美元。TSMC的納米制像技術(shù)發(fā)展處資深處長林本堅博士說：“人家說魔鬼在于細節(jié)；我要說，魔鬼在于掩膜、光源功率和成本?！?br>
為了獲得每小時生產(chǎn)100片晶圓的產(chǎn)能，EUV光刻要有可以生成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。Peter Cheang博士說：“光源直接影響生產(chǎn)率。2010年ASML出貨的第二代EUV光刻機的功率為100W，預(yù)計將在20102年推出的第三代則會將功率提高至200W，生產(chǎn)率會達到125片/小時。”
Cymer市場及光刻應(yīng)用副總裁Nigel Farrar認為，光源對于光刻機的重要性不言而喻，沒有光源的匹配，一切圖形成像都無從談起。根據(jù)Cymer的技術(shù)發(fā)展路線圖（表1），在2011年量產(chǎn)的第一階段，Cymer提供的EUV光源功率將>100W；第二階段為2011-2013，功率將>250W；到了第三階段，即2013-2016年，功率將大于350W。EUV的發(fā)展一路上伴隨著的是爭議和高研發(fā)成本，Nigel Farrar對EUV的未來應(yīng)用表示非常樂觀，并會繼續(xù)EUV的研發(fā)投入，在2011年會實現(xiàn)LPP EUV光源的商品化。
成本問題更是使得EUV投入市場進展緩慢。EUV設(shè)備成本可能高達4000萬到6000萬美元，是有史以來最貴的光刻技術(shù)，掩膜成本將比193nm浸入式高50%，其激光脈沖的成本可能高出3倍。
EUV技術(shù)使用的波長太短，所以只能使用反射式光學(xué)系統(tǒng)。同時為了減少散射和相差，掩膜表面必須保持原子尺度的平整。相移掩膜（PSM）上任何微小的圖形變化都可能引起隨機的相移，這無疑增加了PSM的技術(shù)難度。此外，還有無缺陷掩膜的制備、檢查與修正，光學(xué)部件的功耗、散熱和溫度控制，以及表面起伏引起的散光等問題。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(xué)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。
盡管人們看到了EUV光刻技術(shù)取代計算光刻技術(shù)的可能性，但EUV的開發(fā)進度延期使之未成為現(xiàn)實。取代過程是漫長和艱難的，幾種光刻技術(shù)互補互利、此消彼長的態(tài)勢將持續(xù)相當長的時間。
壓印光刻與電子束直寫勝算幾何？
自從1996年美籍華人史蒂芬.周首先提出了納米壓印光刻(NIL)技術(shù)的概念后，在全球范圍內(nèi)掀起了一場科研領(lǐng)域的高潮。眾多的文章中都提到納米壓印光刻很有可能取代現(xiàn)有步進式光刻成為下一代主流光刻技術(shù)，是EUV最有力的競爭者。
納米壓印技術(shù)的原理比較簡單，通過將刻有目標圖形的掩膜板壓印到相應(yīng)的襯底上——通常是很薄的一層聚合物膜，實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移后，然后通過熱或者UV光照的方法使轉(zhuǎn)移的圖形固化，以完成微納米加工的光刻步驟。其相對成本很低，已經(jīng)在微流體、微光學(xué)系統(tǒng)獲得了應(yīng)用。它具有高分辨率、高產(chǎn)能以及低生產(chǎn)成本等特性。納米壓印的方法目前主要有三大類，即冷壓印、熱壓印和軟模壓印。
冷壓印是用石英模具做冷壓，用紫外固化（圖4）。由于無需加熱等過程，只需要紫外曝光固化，對準精度和產(chǎn)能相對于熱壓印都有大幅度的改善。這種方法可以做很細的線條。問題就是清洗和對顆粒的敏感。
熱壓印技術(shù)（圖5）以硅或者鎳材料的硬質(zhì)模板和熱塑性壓印材料為基礎(chǔ)，可以實現(xiàn)大面積高精度的模板結(jié)構(gòu)復(fù)制。這種方法主要不是用來做IC的。而是加工一些塑料基板。在微流體方面的應(yīng)用非常廣泛。這也許是目前壓印技術(shù)得到應(yīng)用的領(lǐng)域。但是它需要的圖形尺寸是幾十微米的量級。
軟模壓印技術(shù)（圖6）使用軟質(zhì)聚合物模板，可以在很大面積上配合基底的不平整表面實現(xiàn)均勻接觸，從而在很低的壓力下使得大面積一次壓印成為可能。這是很新的技術(shù)。主要的優(yōu)點是可以加工細線條，同時對顆粒不敏感。也許這是納壓印得到應(yīng)用的希望。
納米壓印的困難是明顯的。首先是模具的制作。由于壓印是1:1的技術(shù)，也就是說實際的圖形尺寸就是模具上圖形的尺寸。制作的價格可想而知。在目前的光刻中由于是投影式的，所以掩膜板上的圖形是實際圖形的4倍。其次是模具的損耗。由于模具很貴，所以不能出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。但是由于是接觸式的工藝，不能保證不被損壞，特別是圖形很小時更容易被損壞。對于市場來說，只有現(xiàn)有的技術(shù)能繼續(xù)做下去，那么納米壓印進入IC生產(chǎn)的可能性就不大。
成功的將納米壓印光刻技術(shù)引入大規(guī)模生產(chǎn)需要滿足以下兩個客觀條件：低成本和高質(zhì)量。SUSS MicroTec中國區(qū)總經(jīng)理龔里博士說：“納米壓印的技術(shù)我們討論了許多年了，但是這種方法總不能在工業(yè)界實現(xiàn)突破。這中間的原因我想有下面幾點：1）因為壓印是需要相互接觸的。相互接觸就會產(chǎn)生顆粒。有了顆粒壓印的成品率就會有大問題；2）壓印模具的清洗是一個大問題。我們總不能做幾片就清洗一次吧？而接觸后就一定會有粘污，有沾污就免不了清洗。這就會增加成本，這是工業(yè)界不想要的；3）另一個很重要的原因是我們現(xiàn)有的光刻系統(tǒng)總能在人們認為到了極限的時候有新的發(fā)展。它總能在最關(guān)鍵的時候拿出做下一代產(chǎn)品的方法。這讓別的技術(shù)很難進入。工業(yè)界是保守的，不到頭就是會用老的技術(shù)?！?br>
林本堅博士則非?？春枚嚯娮邮睂懠夹g(shù)（Multi-e-beam direct write），并認為在22nm及更小節(jié)點，該技術(shù)將比EUV更勝一籌。多電子束直寫是從電子束直寫技術(shù)發(fā)展而來的一種無掩膜光刻技術(shù)，它通過計算機直接控制聚焦電子束在光刻膠表面形成圖形。長久以來，電子束直寫被用于制備掩膜和小批量新型器件。多電子束直寫的優(yōu)點是不需要掩膜，分辨率可高達7nm，缺點是產(chǎn)率太低，成本仍然過高。[!--empirenews.page--]
多電子束直寫技術(shù)使用超過10000個電子束來并行直寫，產(chǎn)率已經(jīng)可以達到5-60wph。設(shè)備成本約為2000萬美元，相較于193nm浸入式光刻和EUV要低很多。多電子束直寫可用的最大景深達到650nm，其高分辨率確保了較高的拓展性，預(yù)計可達到11nm或更小節(jié)點。
目前，多電子束直寫面臨的主要問題是如何獲得高能量的電子束源，以及數(shù)量龐大的平行電子束，怎樣處理海量的直寫數(shù)據(jù)等。不過比起大熱的193nm浸入式光刻和EUV，多電子束直寫獲得的矚目程度還有待加強，研發(fā)投入力度仍需大力支持。
如果做一個樂觀的總結(jié)，即使成本真的“猛于虎”，其“猛”也是反映出了光刻技術(shù)和半導(dǎo)體制造的轉(zhuǎn)型之勢，以及它帶動和激發(fā)的創(chuàng)新及潛在之力。按經(jīng)濟學(xué)原理，只要投入的成本最終能獲得更高的利潤，這也是一筆劃算的買賣，只是我們需要更多的耐心和精力。
半導(dǎo)體業(yè)人士最大的夢想莫過于以最小的成本投入換取最大的回報。因此，按比例縮小、在單片晶圓上制造出更多的芯片是創(chuàng)新最強大的驅(qū)動力，它影響著成千上萬的工程師們前赴后繼，并推動大規(guī)模的企業(yè)投資。
“看似尋常最奇崛，成如容易卻艱辛?！币驗椤敖K結(jié)”畢竟會發(fā)生，很難想象器件的柵能比原子的半徑還小。好在光刻的持續(xù)進步將有助于推動未來幾個技術(shù)節(jié)點的到來。后ArF時代的光刻征途儼然開始了。
計算光刻的春天
計算光刻無疑是摩爾定律連續(xù)跨越4大技術(shù)節(jié)點的歷程中較為輝煌的一個故事。過去半導(dǎo)體芯片主要通過物理特征的變化，來實現(xiàn)按比例縮小，包括通過減小光刻波長、增大數(shù)值孔徑（NA），以及形成可實現(xiàn)化學(xué)放大的光刻膠。從特征尺寸進入180nm開始，軟件成為芯片按比例縮小的主要推動力（圖1）。
“計算光刻的原理是將軟件體系結(jié)構(gòu)和高性能計算與掃描設(shè)備、光刻膠和刻蝕工藝結(jié)合起來，形成可通過校正掩膜形狀來彌補物理范疇的不足的系統(tǒng)?！盇SML的臺灣區(qū)戰(zhàn)略市場總監(jiān)Peter Cheang博士這樣總結(jié)何謂計算光刻。
計算光刻運用了一系列的數(shù)值模擬技術(shù)來改善光刻掩膜版的性能。這些技術(shù)包括：分辨率增強技術(shù)（Resolution Enhancement Technology，RET)、光學(xué)臨近修正技術(shù)（Optical Proximity Correction，OPC)、照明光源與掩膜圖形的相互優(yōu)化技術(shù)（Source Mask Optimization，SMO)。其中最具前景的計算光刻技術(shù)在源掩膜優(yōu)化（SMO）領(lǐng)域（圖2）。一直以來，芯片廠商對各個制造工藝步驟的優(yōu)化都是獨立進行的，然而當發(fā)展至32nm及更小節(jié)點時，這種獨立的優(yōu)化模式便不再適用。
“SMO不僅僅指對掩膜單獨進行修改，而是在設(shè)計的基礎(chǔ)上對光源和掩膜同時進行優(yōu)化。光源掩膜優(yōu)化還可能大幅增加193nm掃描型光刻機可加工的工藝窗口，可將其延伸至16nm技術(shù)節(jié)點。”Peter Cheang博士說，“過去，進行一種產(chǎn)品的研發(fā)都需要在真正的硅片上真刀實槍的進行，流片過程涉及各項工藝，再加上繁瑣的檢測，往往一個周期耗時幾個月之久。如果引入計算光刻，特別是SMO技術(shù)，那么一切都變成數(shù)字化和虛擬化的過程。也就是說，通過相關(guān)的軟件，將參數(shù)、圖形等數(shù)據(jù)輸入，即可在極短時間內(nèi)完成一個研發(fā)流程。既縮短了時間，又節(jié)約了生產(chǎn)線流片的成本，相關(guān)光刻性能也會更好?，F(xiàn)在的4X、3Xnm的關(guān)鍵層均采用了SMO技術(shù)?！?br>
過去，掩膜設(shè)計人員首先從與目標晶圓圖形相似的掩膜圖形著手，對掩膜的特性進行小范圍調(diào)整，直到獲得所需的晶圓結(jié)構(gòu)為止。該方法在2Xnm節(jié)點處開始失效，因為193nm的光刻延伸至一個極端次波長范圍。因此，在2Xnm節(jié)點上使用反向光刻技術(shù)（ILT）和SMO等模擬計算光刻技術(shù)變成可行。ILT通常會產(chǎn)生一個復(fù)雜的掩膜圖形和大量非常細小的結(jié)構(gòu)，使掩膜生產(chǎn)變得非常困難。更有甚者，SMO涉及到計算不均勻的掃描機光強分布。該分布旨在與ILT掩膜一起，在晶圓上呈現(xiàn)最佳的光刻效果。
然而，計算光刻方法也需要占用資源。早期的全芯片仿真需要一百萬個CPU小時，盡管從此之后的EMF反推流程可以獲得更高的效率。一旦設(shè)計收斂，就需要在光刻掩膜上制作實際的圖形，之后進行檢驗和修補。在整個芯片上采用該方法與分隔出批次控制晶圓的成品率類似，這是一個工藝開發(fā)完成的信號。其它的挑戰(zhàn)包括為獲得同樣的相移需要進行的點陣（與尺寸無關(guān)）腐蝕、最終掩膜檢查和缺陷修補。
Peter Cheang博士介紹說，ASML目前提出了一體化光刻技術(shù)，即在芯片設(shè)計階段就將實際生產(chǎn)中的不穩(wěn)定性考慮進來，整合所有步驟，使用實際的光刻機配置和調(diào)節(jié)功能，以工藝窗口最大化為目標來創(chuàng)建瞄準指定工藝節(jié)點和應(yīng)用的設(shè)計。使光源掩膜和照明源實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，以獲得最大的工藝窗口。 在制造過程中，一體化光刻技術(shù)充分利用獨特的測量技術(shù)和反饋回路，監(jiān)控套準精度及CDU性能，使系統(tǒng)持續(xù)以工藝規(guī)格為中心，能夠讓光刻機性能維持在預(yù)先定義的基準范圍之內(nèi)，從而實現(xiàn)最佳工藝窗口，并提高產(chǎn)品良率。
在推動計算光刻技術(shù)發(fā)展的進程中，模型化的OPC也功不可沒，它滿足了從90nm到20nm及其以下工藝中對整個芯片上CD均勻性（CDU）的要求。由于未來對CDU的目標要求會更加苛刻，對整個芯片級的光刻性能優(yōu)化將會變得非常重要和極其必要。針對現(xiàn)有工藝進行校準的模型化OPC，就必須在整個芯片級的CD校正和認證上提供可靠的精確度。
通常的OPC模型僅僅局限在所校準的光學(xué)和光刻膠的狀況，每次任何一個光學(xué)設(shè)置發(fā)生改變，這種模型就要重新進行校準。為了能夠在采用現(xiàn)有涂膠工藝情況下對即將采用的新一代曝光設(shè)備預(yù)先進行光刻工藝的表征，就需要一個完全分離型的光刻模型。因此，光刻膠、成像設(shè)備和掩膜模型都必須相互獨立，這樣才可使現(xiàn)有的光刻膠和掩膜模型能與新一代光學(xué)配置模型相結(jié)合。
盡管前景美好，但計算光刻依然面臨著節(jié)點縮小帶來的不少問題（圖3）。比如說OPC層數(shù)的增加、圖形密度的復(fù)雜度、越來越高的計算精度、所需的模型精度等等。
EUV光刻：想說愛你不容易！
當193nm浸入式光刻在32nm制程中風(fēng)生水起，甚至有望在22nm光刻技術(shù)之爭中再次獨領(lǐng)風(fēng)騷時，人們不禁發(fā)出感嘆，193nm會成為“最后的波長”嗎？
但是，22nm節(jié)點時，浸入式光刻將面臨很多的難題：采用昂貴且復(fù)雜的雙重圖形技術(shù)時，怎樣將圖形友好的分離，這需要進行分離算法和相關(guān)的強大軟件；在兩次曝光時，如何實現(xiàn)精確對準并抑制交叉曝光所引起的臨近光學(xué)效應(yīng)；雙重曝光導(dǎo)致產(chǎn)率降低約40%之巨，那么成本上的劣勢如何彌補？浸入液的折射率預(yù)計將高于1.6，相關(guān)的材料能否配合？
193nm遇到的困局為EUV光刻打開了大門。
“物理就是物理，無論采用怎樣的方法來延長193nm的使用壽命，極限還是會達到?！?Peter Cheang博士說，“盡管浸入式方法增大了NA，但其增大畢竟有限，最終分辨率的進一步提高仍然需要在減小波長方面尋找出路。EUV將在未來的10年內(nèi)為光刻的進一步發(fā)展提供很大的幫助?！盵!--empirenews.page--]
EUV的波長為13.4nm，比ArF準分子激光在水中的等效波長還小一個數(shù)量級。對22nm來說，數(shù)值孔徑NA只需2.5，而k1則可提高到0.6。EUV技術(shù)原本被寄希望于在65nm技術(shù)節(jié)點被采用，但是隨著浸入式光刻、雙重圖形等技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，它嶄露頭角的日子不斷的推遲。甚至有人質(zhì)疑是否真的需要EUV？
EUV技術(shù)一直以來阻礙開發(fā)的問題包括：缺少光掩膜、光源功率和光刻膠。另外，每臺光刻機的售價可能高達驚人的7000萬美元。TSMC的納米制像技術(shù)發(fā)展處資深處長林本堅博士說：“人家說魔鬼在于細節(jié)；我要說，魔鬼在于掩膜、光源功率和成本?！?br>
為了獲得每小時生產(chǎn)100片晶圓的產(chǎn)能，EUV光刻要有可以生成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。Peter Cheang博士說：“光源直接影響生產(chǎn)率。2010年ASML出貨的第二代EUV光刻機的功率為100W，預(yù)計將在20102年推出的第三代則會將功率提高至200W，生產(chǎn)率會達到125片/小時。”
Cymer市場及光刻應(yīng)用副總裁Nigel Farrar認為，光源對于光刻機的重要性不言而喻，沒有光源的匹配，一切圖形成像都無從談起。根據(jù)Cymer的技術(shù)發(fā)展路線圖（表1），在2011年量產(chǎn)的第一階段，Cymer提供的EUV光源功率將>100W；第二階段為2011-2013，功率將>250W；到了第三階段，即2013-2016年，功率將大于350W。EUV的發(fā)展一路上伴隨著的是爭議和高研發(fā)成本，Nigel Farrar對EUV的未來應(yīng)用表示非常樂觀，并會繼續(xù)EUV的研發(fā)投入，在2011年會實現(xiàn)LPP EUV光源的商品化。
成本問題更是使得EUV投入市場進展緩慢。EUV設(shè)備成本可能高達4000萬到6000萬美元，是有史以來最貴的光刻技術(shù)，掩膜成本將比193nm浸入式高50%，其激光脈沖的成本可能高出3倍。
EUV技術(shù)使用的波長太短，所以只能使用反射式光學(xué)系統(tǒng)。同時為了減少散射和相差，掩膜表面必須保持原子尺度的平整。相移掩膜（PSM）上任何微小的圖形變化都可能引起隨機的相移，這無疑增加了PSM的技術(shù)難度。此外，還有無缺陷掩膜的制備、檢查與修正，光學(xué)部件的功耗、散熱和溫度控制，以及表面起伏引起的散光等問題。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(xué)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。
盡管人們看到了EUV光刻技術(shù)取代計算光刻技術(shù)的可能性，但EUV的開發(fā)進度延期使之未成為現(xiàn)實。取代過程是漫長和艱難的，幾種光刻技術(shù)互補互利、此消彼長的態(tài)勢將持續(xù)相當長的時間。
壓印光刻與電子束直寫勝算幾何？
自從1996年美籍華人史蒂芬.周首先提出了納米壓印光刻(NIL)技術(shù)的概念后，在全球范圍內(nèi)掀起了一場科研領(lǐng)域的高潮。眾多的文章中都提到納米壓印光刻很有可能取代現(xiàn)有步進式光刻成為下一代主流光刻技術(shù)，是EUV最有力的競爭者。
納米壓印技術(shù)的原理比較簡單，通過將刻有目標圖形的掩膜板壓印到相應(yīng)的襯底上——通常是很薄的一層聚合物膜，實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移后，然后通過熱或者UV光照的方法使轉(zhuǎn)移的圖形固化，以完成微納米加工的光刻步驟。其相對成本很低，已經(jīng)在微流體、微光學(xué)系統(tǒng)獲得了應(yīng)用。它具有高分辨率、高產(chǎn)能以及低生產(chǎn)成本等特性。納米壓印的方法目前主要有三大類，即冷壓印、熱壓印和軟模壓印。
冷壓印是用石英模具做冷壓，用紫外固化（圖4）。由于無需加熱等過程，只需要紫外曝光固化，對準精度和產(chǎn)能相對于熱壓印都有大幅度的改善。這種方法可以做很細的線條。問題就是清洗和對顆粒的敏感。
熱壓印技術(shù)（圖5）以硅或者鎳材料的硬質(zhì)模板和熱塑性壓印材料為基礎(chǔ)，可以實現(xiàn)大面積高精度的模板結(jié)構(gòu)復(fù)制。這種方法主要不是用來做IC的。而是加工一些塑料基板。在微流體方面的應(yīng)用非常廣泛。這也許是目前壓印技術(shù)得到應(yīng)用的領(lǐng)域。但是它需要的圖形尺寸是幾十微米的量級。
軟模壓印技術(shù)（圖6）使用軟質(zhì)聚合物模板，可以在很大面積上配合基底的不平整表面實現(xiàn)均勻接觸，從而在很低的壓力下使得大面積一次壓印成為可能。這是很新的技術(shù)。主要的優(yōu)點是可以加工細線條，同時對顆粒不敏感。也許這是納壓印得到應(yīng)用的希望。
納米壓印的困難是明顯的。首先是模具的制作。由于壓印是1:1的技術(shù)，也就是說實際的圖形尺寸就是模具上圖形的尺寸。制作的價格可想而知。在目前的光刻中由于是投影式的，所以掩膜板上的圖形是實際圖形的4倍。其次是模具的損耗。由于模具很貴，所以不能出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。但是由于是接觸式的工藝，不能保證不被損壞，特別是圖形很小時更容易被損壞。對于市場來說，只有現(xiàn)有的技術(shù)能繼續(xù)做下去，那么納米壓印進入IC生產(chǎn)的可能性就不大。
成功的將納米壓印光刻技術(shù)引入大規(guī)模生產(chǎn)需要滿足以下兩個客觀條件：低成本和高質(zhì)量。SUSS MicroTec中國區(qū)總經(jīng)理龔里博士說：“納米壓印的技術(shù)我們討論了許多年了，但是這種方法總不能在工業(yè)界實現(xiàn)突破。這中間的原因我想有下面幾點：1）因為壓印是需要相互接觸的。相互接觸就會產(chǎn)生顆粒。有了顆粒壓印的成品率就會有大問題；2）壓印模具的清洗是一個大問題。我們總不能做幾片就清洗一次吧？而接觸后就一定會有粘污，有沾污就免不了清洗。這就會增加成本，這是工業(yè)界不想要的；3）另一個很重要的原因是我們現(xiàn)有的光刻系統(tǒng)總能在人們認為到了極限的時候有新的發(fā)展。它總能在最關(guān)鍵的時候拿出做下一代產(chǎn)品的方法。這讓別的技術(shù)很難進入。工業(yè)界是保守的，不到頭就是會用老的技術(shù)?！?br>
林本堅博士則非?？春枚嚯娮邮睂懠夹g(shù)（Multi-e-beam direct write），并認為在22nm及更小節(jié)點，該技術(shù)將比EUV更勝一籌。多電子束直寫是從電子束直寫技術(shù)發(fā)展而來的一種無掩膜光刻技術(shù)，它通過計算機直接控制聚焦電子束在光刻膠表面形成圖形。長久以來，電子束直寫被用于制備掩膜和小批量新型器件。多電子束直寫的優(yōu)點是不需要掩膜，分辨率可高達7nm，缺點是產(chǎn)率太低，成本仍然過高。[!--empirenews.page--]
多電子束直寫技術(shù)使用超過10000個電子束來并行直寫，產(chǎn)率已經(jīng)可以達到5-60wph。設(shè)備成本約為2000萬美元，相較于193nm浸入式光刻和EUV要低很多。多電子束直寫可用的最大景深達到650nm，其高分辨率確保了較高的拓展性，預(yù)計可達到11nm或更小節(jié)點。
目前，多電子束直寫面臨的主要問題是如何獲得高能量的電子束源，以及數(shù)量龐大的平行電子束，怎樣處理海量的直寫數(shù)據(jù)等。不過比起大熱的193nm浸入式光刻和EUV，多電子束直寫獲得的矚目程度還有待加強，研發(fā)投入力度仍需大力支持。
如果做一個樂觀的總結(jié)，即使成本真的“猛于虎”，其“猛”也是反映出了光刻技術(shù)和半導(dǎo)體制造的轉(zhuǎn)型之勢，以及它帶動和激發(fā)的創(chuàng)新及潛在之力。按經(jīng)濟學(xué)原理，只要投入的成本最終能獲得更高的利潤，這也是一筆劃算的買賣，只是我們需要更多的耐心和精力。
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