徘徊十字路口 微影技術面臨發展鴻溝

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微影技術已發展至抉擇的十字路口，而且很可能正朝著錯誤的方向前進。
微影技術可說是支配著‘摩爾定律’所闡釋IC製程縮微週期的一項關鍵生產技術。儘管目前這一技術看來依然可行，而且其壽命已經遠遠超出了所有人的預期；然而，它很可能在不久的將來失去發展動力。因此，後續的相關技術研究早在幾十年前就已經展開。

時至今日，在四種主要的下一代微影(NGL)候選技術中，包括超紫外線(EUV)、多波束無光罩(multi-beam maskless)以及奈米壓印(nanoimprint)等三項技術都已經遠落後於其開發時間表了。

特別是EUV技術，至今已消耗了大量的研發時間與資金，卻仍未能取得多少成果，因而促使一些業界人士呼籲必須重新導向並集中各方研發力量。此外，奈米壓印技術本身存在著多層對位的堆疊精密度(overlay)與吞吐量等問題，而多波束技術則仍然在研發階段。

至於第四種下一代微影候選技術──定向自組裝(directed self-assembly)，雖然是一種十分具有遠景的研究課題，但卻遲遲未能開始進行研發。

正如Piper Jaffray公司分析師Gus Richard所指出的，業界早已體認到，如果沒有一個可行的下一代微影方案(大多數人均認定將會是EUV)，摩爾定律的微縮進程將減緩，同時“半導體產業長久以來穩定的成長率也將開始下滑。”因此，業界先行採用193奈米浸潤式微影技術，以便為其在邁向下一代微影技術的共同行動上爭取一些時間。

但由於EUV與其它下一代解決方案的時間表延遲，因此，業界當前的“首要任務仍是延續193奈米技術”，HCP Consulting Services公司負責人Hans Pfeiffer說。為此，晶片製造商們轉而追逐雙重曝光(double patterning)等其它技術。對於這樣一個業已過於昂貴的業務領域而言，這些相關技術更進一步為其增添了複雜度與成本。

ASM 公司和Nikon公司均已研發出浸潤式掃描器，據稱可提供更高的吞吐量，以便能多少彌補一些雙重曝光的高昂成本。但ASML公司卻又略微延後其掃描器出貨日期──這兩家競爭廠商目前正激烈交戰中，互相攻訐對方的新產品並未達到廣告所訴求的性能指標。

就某方面來說，EUV一直是個‘錢坑’。業界最近才尷尬地坦承，目前仍缺乏EUV計量工具，估計這些相關工具大約需要2億美元以上的資金才足以開發出來。ASML公司一款試生產 EUV的工具成本也驚人地高達9,000萬美元的天價。另外，EUV所需的高功率光源與無缺陷EUV光罩都還沒能實現，該技術所用的光阻也尚未完備。


圖1：奈米壓印技術成果：緊密堆疊的微型聚光鏡片(左上)、45nm節點邏輯晶片圖形(右上)、32nm節點記憶體晶片觸點(右下)，以及100nm孔徑的多層壓印絕緣體(左下)。

英特爾(Intel)公司在1997年主導EUV LLC聯盟的成立，計劃於2005年以前為該技術在90奈米節點上實現商用化，但業界目前仍在等待商用化的EUV可用工具。三星公司(Samsung)表示相信EUV技術可望在2012年投入使用，然而，大多數業界人士則估計該技術要到2015年才可出現。目前，英特爾公司計劃把浸潤式微影技術擴展到11 奈米，並正權衡無光罩與EUV這兩種技術，到底哪一種技術更適於作為微影轉型技術。

有些評論家呼籲，業界應該一起退出對於 EUV技術的研發，因為這一開發行動已變得更像是一種利於獲取資助的‘寵兒計畫’(pet project)，而非針對產業利益而用於提升微影技術的性能。然而，這一呼聲可能為時已晚。EUV有自己的問題存在，但業界已經做出承諾，同時，傳統的光學微影技術也已經不再具有活力。

“我認為微影技術正朝向錯誤的方向前進，”一位微影技術專家指出。“EUV長期以來一直是吞噬時間與金錢的龐大怪獸。但我確實看不到它成為替代技術的任何可能性。”

“我們把大筆金錢投注於EUV上的原因之一在於，”VLSI Technology公司CEO G. Dan Hutcheson指出，“如果我們不這麼做，摩爾定律將會很快地終結。”

如果說技術障礙的挑戰還不夠，那麼，去年的經濟現實也為微影業務帶來了壓力。根據Barclays Capital公司和Gartner公司等市場觀察家估計，隨著經濟衰退，微影產品市場銷售量下滑了51%。不過，微影市場銷售業務預計將在今年出現高達 114%的銷售成長，從2009年的26.4億美元成長到56.7億美元。

這一預測數字應該可以讓持續在晶圓廠中使用193 奈米浸潤式掃描器的IC製造商們略感安慰。這項技術原本預期將會在40奈米時遭遇到瓶頸，但IC開發商們現在相信，雙重曝光技術將使掃描器導入低於2x奈米以下製程節點的應用。大多數主導的晶片公司們紛紛起而追逐某種基於該技術的產品類型。不過，由於雙重曝光技術也可能使IC生產成本倍增，因而仍然讓這些廠商們感受某些壓力。