● EUV、450mm晶圆和TSV技术都将延迟

    根据IC insights公司的数据，看起来几个正在显现的重要的IC制造技术都将延迟，包括450mm晶圆和远紫外（EUV）光刻技术。根据分析，450mm晶圆厂量产可能要比预期的时间晚两年，要等到2015年或2016年。而EUV将会错过16nm节点，因此要等到2015年的13nm节点才能引入。

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450mm晶圆技术正在推进

    另一个技术，基于硅穿孔（TSV）的3D器件还处于萌芽期并“过高估计”了，IC insight分析师Trevor Yancey表示。对于TSV的3D器件的吹嘘太多了，但在基板、测试和成本方面，还有很多问题需要解决。

    一些人认为TSV要进入主流应用还需要更长的时间。换句话来说，能帮助延续摩尔定律的三个技术——450mm，EUV和TSV——目前还是谈论多于实际。

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TSV与多项技术结合应用

    450mm技术转移的延迟并不奇怪。IC insights公司主席Bill McClean在一个活动上表示：“经济不景气让450mm技术变得无关紧要。”

    根据报道，英特尔，台积电和三星正在分别推进45mm“原型”工厂在2012年的到来。这几家公司在寻找在32nm节点上的45mm“演示”工具和22nm上的“导入工具”。有人认为450mm工厂不会出现，他们认为研发费用太高了。没有人清楚谁会为工具和研发费用买单。

    在前不久的半导体产业策略座谈会（ISS）上，有谣言说450mm技术已经延迟了，据说要等到15nm节点才会有导入工具。有人推测，经济衰退，加上工具供应商的支持不足，是导致延迟的原因之一。

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美国纽约州政府计划援建450mm晶圆研发中心

    450mm量产工厂不会再2014年之前出现，Yancey表示。他认为450mm更可能出现的时间是“2015年或2016年”。Yancey同时相信量产工厂采用EUV也将迟于新的目标日期，预期是2013年的16nm逻辑节点。有可能EUV会支持第二代的16nm器件，但看起来这也不会发生。

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EUV技术目前的蚀刻成果

    更有可能的情况是EUV在2015年的13nm逻辑节点上进入量产工厂，他表示。基于先前的考虑，还有功率源、光刻胶和掩膜等问题需要解决。

    英特尔和Sematech公司的警告日前再一次响起。芯片制造协会日前警告资金短缺和掩膜检测问题将影响EUV光刻的实施。三星也发出了这样的警告。

● 二次曝光和二次图形曝光技术

    远紫外光刻技术存在的问题为一批新兴技术提供了契机，譬如沉浸式光刻、无掩膜光刻和纳米压印光刻。但至少就32纳米和22纳米节点而言，{lx1}的竞争技术还是193纳米沉浸式光刻，这项光刻技术涉及“两次曝光（double exposure）”和“两次图形曝光（double patterning）”这两个热门术语。

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二次曝光原理图

    二次曝光技术，是EUV的替代计划。简单来说就是先蚀刻一次，清洗，然后再蚀刻一次。这种技术目的在于解决目前EUV刻深不足的问题。EUV和传统曝光都可以使用这项技术，但是主要还是针对EUV做优化的。但是二次曝光有一个严重的问题，是清洗和界面。因为{dy}次刻蚀之后清洗出来的地面是{jd1}不可能平整的，这会极大得影响第二次刻蚀的质量。

    VLSI研究公司认为，远紫外光刻技术有一席之地。远紫外光刻技术大有前途，但可能是在22纳米之后的某个时候。远紫外光刻技术会出现在16纳米阶段。同时VLIW对无掩膜光刻和纳米压印光刻较为悲观。其首席执行官G. Dan Hutcheson认为“除了研究领域外，无掩膜光刻不可能取得成功。纳米压印光刻技术也在半导体行业没有用武之地。”

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IBM对于纳米压印光刻的研究

    这样一来，193纳米沉浸式光刻技术成了近期的选择，EUV技术因为周边配合不力被继续推后。

    IBM公司最近宣布，它并没有指望将远紫外光刻技术用于逻辑芯片的22纳米节点的早期开发阶段——之前IBM还对此寄予希望，远紫外光刻技术的前景显得更黯淡了。IBM及合作伙伴声称，它们会把193纳米沉浸式光刻技术向下扩展到22纳米节点，这要归功于两次图形曝光或者两次曝光技术。

    在幕后，ASML、佳能和尼康彼此竞相开发新的193纳米沉浸式扫描光刻设备，这种设备用于两次曝光和两次图形曝光时代。{sk}这种设备定于2008年年中前后推出。

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二次曝光蚀刻成果

    两次曝光的优点使得几家芯片生产商已经将两次图形曝光技术运用到集成电路生产，据说美光科技公司也在此列。两次图形曝光要求进行两次曝光，首先曝光一半线路、进行蚀刻、执行其他步骤。然后，另一光刻胶涂层做到圆晶上，另一半图案在{dy}批线路之间的空隙里面曝光。这种方法成本高、速度慢，但从技术上来说相对容易，不过要求大约2nm的套刻精度（overlay accuracy）。

    对于两次曝光，它需要先曝光一批线路，然后在执行其他工艺步骤之前，将曝光图案移到邻近地方，对第二批线路进行曝光。虽然两次曝光速度比两次图形曝光快，但关键是找到一种非线性光刻胶——这种光刻胶的化学特性能够吸收来自邻近曝光的弱光，又不会形成图案。

    至于逻辑芯片的生产，IBM上周提议后段制程采用基于暗场、双极照明的两次曝光技术。双极照明可以把掩膜图案分为X轴和Y轴两层，然后对它们进行两次曝光。

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32nm SRAM芯片，两次图形曝光和标准单次曝光对比

    IBM在实验室里面使用了数值孔径为0.93的193纳米沉浸式扫描设备。IBM使用ASML的Maskweaver光学邻近校正工具和专门的三层光刻胶，声称已演示了{dy}层金属线之间的间距为90到100nm的器件。

    IMEC已开发出一种两次图形曝光技术，能够获得50纳米半间距、单镶嵌设计。IMEC使用了数值孔径为0.85的193纳米沉浸式扫描设备。它还采用与双极照明相竞争的四极照明方案，使用了6%的软相移掩膜（PSM）和有机材料的双层光刻胶。

    应用材料公司在技术大会上演示了一种类似方法：自对准两次图形曝光技术，该技术面向干式光刻而不是沉浸式光刻，从而引起了人们的浓厚兴趣。该方法采用了应用材料公司的先进图膜（Advanced Patterning Film）和等离子增强的化学气相沉积系统。应用材料公司薄膜事业部的高级副总裁兼总经理Farhad Moghadam说：“该方法能够使用193纳米“干式”扫描设备获得32纳米线路和间隙壁。”● EUV技术与光刻发展极限

    在文章的这一部分，我们引用了Nature Photonics记者访问世界芯片制造协会SEMATECH、先进技术研究部副总裁John Warlaumont，就光刻技术的未来发展进行的采访。希望这段采访内容和John Warlaumont先生的回答，能解释大家对EUV技术的前景以及现在面对的困境。

1、光刻技术的当前状态怎样？

    目前，芯片行业中的很多公司均采用193nm光刻技术或者193nm浸没式光刻技术以得到特征尺寸为32nm或者45nm的半道宽。线宽——在行业中包括一列线宽与相邻两线的间距——它代表刻写所能达到的{zd0}密度，比单纯的特征尺寸更具有技术上的优越性。利用巧妙的图形成型方案，例如双重或者多重成型技术，可以得到大小为27nm的半道宽。

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EUV技术在实验室的应用

    对于193nm光刻技术来说，这原本是不可能的。尽管目前193nm光刻技术仍然具有一定的市场，但很多人都认识到这应该是{zh1}的光刻技术了。当我们在努力的接近光刻极限时，例如采用浸没透镜技术以提高系统的数值孔径，其它类型的刻写技术也开始了研究和应用。在众多的刻写技术中，特征尺寸已经不是{wy}的驱动因素了，成本也是一个主要的考虑因素。双重图形成型技术要求在同一层面上刻写两次，而且还需要一个附加的腐蚀步骤，所以成本很高。这就是为什么很多公司转向极紫外（EUV）光刻技术的原因。这种技术可以得到特征尺寸仅为22nm的半道宽，但目前需求程度还不是很高，而且采用193nm光刻技术可以很容易达到当前水平，但是很多公司仍然选择采用这种技术，只因为其成本较低。

2、EUV光刻是下一代选择的技术吗？

    答案是肯定的。很多半导体企业都对这种技术加以xx，并且投入大量的资金来建设这种技术所需的配套设施。由于EUV技术是所开发的各种技术中最为困难且{zj1}有技术挑战的刻写技术，所以它需要该行业中{zd0}规模的联合以争取在2012年或2013年把这种技术推向市场。刻写技术是半导体行业基础设施建设中最重要也是成本{zg}的环节，很多公司都在努力的把EUV技术推向市场。

3、为什么开发EUV技术十分困难？

    EUV技术中{zd0}的难题是EUV辐射容易被空气和其它材料吸收。这意味着需要开发新型的用于EUV技术的光学器件，新的掩膜以及新的技术。这也意味着EUV刻写的整个过程需要在真空中进行。

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EUV技术在实验室的应用

4、在EUV技术商用之前还有哪些困难需要克服？

    在EUV技术商用之前，有许多的技术难点需要克服，但是最为关键的是光学器件的减少，光源以及掩膜问题。一个EUV刻写系统需要许多个由100层薄膜材料组成的反射镜。这些薄膜材料通常只有几个分子的厚度，这需要xx控制到埃的精度。不仅如此，用于EUV刻写技术的光源不能是普通的激光或者一般光源，而是通过激光或者放电方法得到的激发等离子体源。尽管人们在光源开发上已经取得了很大的进步，但是主要的问题是光源的功率达不到要求。目前的EUV系统只能传输刻写所需功率的10～20％，但是我们相信这个问题会及时得以解决。制作零缺陷的EUV刻写掩膜也是该技术面临一个重要问题，需要进一步开发研究。目前，人们采用电子束技术制作掩膜，但是制作效率太低。一些公司采用多束电子束刻写以增加制作效率，但是我担心这种技术实效性不够。EUV刻写技术只有在所有的基础设施都完备的情况下才能推向市场。掩膜技术是该领域中投资欠缺的环节，需要下大力气研究。

5、EUV技术的极限情况是什么？

    我们相信采用EUV刻写技术可以得到特征尺寸达10nm的最小线宽，所以这种技术可以延续特征尺寸递减规律至少一代。每当人们预测一种技术的极限时，科学家和工程人员总会发现一种方法来打破这种极限。但是，对于EUV技术来说，我们已经开始达到这种技术的最小极限。例如，我们谈到的电子转换器件，这种器件仅由几个原子组成。在这种请况下，我们不知道极限是什么，也不知道我们从这个极限走向何方。要是有{yt}刻写技术不再像今天这样深刻影响着电子产业的发展，相反，一些其它的制造芯片的技术将会开发出来。

6、其它刻写技术情况如何？

    关于下一代刻写技术，在制作集成电路上目前还没有一种技术比EUV技术更可行。然而，人们也开发了其它几种刻写技术用于其它方面，例如光子器件、微电子机械系统和记忆芯片等。纳米压印技术已经开始产业化，而且Sematech协会正在尝试着把该技术用于半导体行业。尽管这种技术具有很高的分辨率，但是这种技术属于刻写技术中的切触形式，而且还会引入很多缺陷，所以在集成电路中应用有限。这种技术在存储领域中具有很大的应用前景。自组装技术也是一种制作超细线宽的技术，前景很大。

    感谢《中国光学期刊网》为我们提供来自Nature Photonics的采访信息。● 8位专家展望EUV光刻技术（一）

    在文章的{zh1}，我们引用Global Sources电子工程专辑于2010年05月07日对业界光刻专家和该领域的一些高层人员以“光刻技术路在何方”为主题的一次访谈。这次访谈的作者为来自电子工程专辑马立得先生。

    光刻技术正处在十字路口并可能是在向错误的方向发展。

    光刻是支撑摩尔定律所阐明的IC工艺不断缩微的关键生产技术。当前的技术仍然可行，而且其寿命已远远超出了所有人的预期，所以将在不久的将来失去动力。其后继技术的研究在几十年前就已经开始。

    然而，今天，在四个主要的下一代光刻(NGL)候选技术中，有三个技术，即超紫外线(EUV)、多波束无掩膜和纳米压印，落后于时间表。

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业界之前所预测的光刻技术发展路线图

    特别是EUV技术，消耗了大量的研发时间和财富，但仍没有取得多少成果，这促使一些人士呼吁把开发努力重新定向。纳米压印，就其本身而言，存在套刻精度和吞吐量问题，而多波束技术仍然在研发中。第四个下一代候选技术--定向自组装，是一种很有前途的研究课题，但尚未开始研发。

    英特尔早在1997年就领导成立了EUV LLC企业联盟，计划在2005年把EUV光刻技术商业化的，加盟公司包括AMD、IBM、英飞凌和Micron。

    按照原定计划，EUV现在应该取代传统的光学光刻技术。然而事实上，光学光刻目前在半导体领域仍然举足轻重。至于EUV技术何时能投入生产，有人估计在2012年初，也有人估计在2015年或2016年，甚至有人认为这个时间可能永远不会到来。

    也有一些公司在推动纳米压印、无掩膜光刻或一种被称为自组装的新兴技术。另外一些公司则希望把今天的光学光刻技术一直延续下去。

    对于这个产业来说，将赌注押在EUV上错了么？如果真是这样的话，到底应该研究哪种技术呢？从长远来看，谁将最终受益？

    1、Yan Borodovsky
        ——英特尔高级研究员兼技术和制造部先进光刻技术总监

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Yan Borodovsky

    虽然之前一直都在推动EUV技术，但是英特尔目前正在考虑一种混合匹配的光刻战略。

    “针对未来的IC设计，我认为正确的方向是具有互补性的光刻技术。193纳米光刻是目前能力最强且最成熟的技术，能够满足xx度和成本要求，但缺点是分辨率低。利用一种新技术作为193纳米光刻的补充，可能是在成本、性能以及xx度方面的{zj0}解决方案。补充技术可以是EUV或电子束光刻。”

    “我认为，对于大批量制造而言，将EUV作为补充技术存在很多挑战，多波束电子束同样如此。NAND闪存厂商有更大的可能去引入某种新技术，就像我们之前试图引入EUV那样。实际上，逻辑芯片在布局、设计规则和限制方面有更大的自由度。因而我们可以理解，为什么三星将更加积极地部署EUV。他们别无选择，只能寄希望于波长更短、数值孔径（NA）更高和K1为0.25的技术。”

    2、G. Dan Hutcheson
        ——市场研究公司VLSI Technology CEO

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G. Dan Hutcheson

    “我认为该行业找到了正确方向。这个十年比上个十年好了太多。我记得在上世纪90年代，所有研究都在遵循下一代光刻的路线图，没有人搞别的东西。”

    “而我们从事的是每年花费大量研发经费的不断发展的业务。要确保在将来的节点仍遵循摩尔定律，需要有两到三个可替代现有技术的方案。作为{zh1}的手段，电子束技术总能保证写入的几何精密性，但缺点是它违反了摩尔定律。压印是一项非常有趣的技术，这项技术有待开发。EUV也是如此。”

    “我们可利用现有的技术，即双重成型。如果我是芯片制造商，我会把大量资金投在双重成型技术上，因为现在我的光刻工具的产能基本上下降了一半。也就是说，每片晶圆的成本增加了一倍。因此我会需要双倍的工具，这对设备行业来说是个好消息。”● 8位专家展望EUV光刻技术（二）

    承接上一部分，本短采访内容仍然来自Global Sources电子工程专辑于2010年05月07日发表的采访。这次访谈的作者为来自电子工程专辑马立得先生。

    3、Burn Lin
        ——台湾半导体制造有限公司微成型部高级主管

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Burn Lin

    “该行业在某项技术上下的赌注太多。我认为把所有鸡蛋放在一个篮子里是很危险的。很多人都明白其中的道理。”

    4、Kurt Ronse
        ——IMEC公司光刻技术部总监

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Kurt Ronse

    “我认为我们在沿着正确的方向前进，因为目前还没有很多替代办法；我们或者停止缩小尺寸，或者继续推动EUV技术。”

    “EUV技术已经取得了很大的进步，该技术还没有大功告成，现在仍然有许多工作要做。但是在我看来，EUV和其他替代技术之间的差距在过去一年已经增大。目前其它替代技术都没能取得多大进展，而且它们在获取资金方面也面临困难。替代技术要达到目标将面临很大困难。这些替代技术必须专注于16或11纳米，因为它们拥有一些达到目标的方法和手段。如果继续专注于32纳米或22纳米，则会错过自己的目标。”

    5、Walden Rhines
        ——Mentor Graphics公司董事长兼CEO

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Walden Rhines

“包括OPC和其它分辨率增强技术在内的计算光刻，是能够把我们从光刻机不断飙升的成本中解救出来的技术。在过去10年中，计算光刻在EDA市场上占有可用市场总量(TAM)的{zd0}份额。”

    6、Dan Rubin
        ——Alloy Ventures公司风险投资专家

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Dan Rubin

    “日趋明显的一个现象，就是EUV技术无法充分利用传统光学光刻技术的基础架构。这个新颖的技术创新，要求EUV资源和反射型掩模供应链，而这个供应链尚未建立，另外，缺陷检测仍然需要大量投入、雄厚的资金以及进度方面的调整。即使完整技术解决方案所需的各部分能够准时组合，EUV高昂的成本也会令人无法承受，从而影响先进存储器设备的采纳。”

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纳米压印光刻技术应对32nm以下工艺的实现

    “在内存芯片市场，我一直支持压印光刻技术。依靠不到1亿美元的总投资，Molecular Imprints公司(MII)已取得了令人难以置信的进展，而且性能改进的步伐在持续前进。其CMOS工具的可用性和硬盘驱动工具的吞吐量，从技术角度来看颇令人震惊。如果将投入在EUV上的金钱和业内xx分一部分给它，MII今天可能已经有了次32纳米CMOS生产工具。”

    7、Mark Melliar-Smith
        ——纳米压印光刻供应商MII公司CEO

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Mark Melliar-Smith

    “这个行业限制了自己的发展前景。现在，它太过于xx单一解决方案。我认为这样不好。如果MII公司有去年EUV资金的1/12，我们可能已经在解决半导体市场众多遗留问题方面前进了很远，并已经做好12至18个月内投产的准备。”

    8、Kazuo Ushida
        ——尼康旗下精密设备有限公司总裁

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Kazuo Ushida

    “对于小批量生产，EUV看起来很有前途。但是EUV赶不上22纳米半节距路线图。EUV将会在晚些时候出现，也许会赶上16纳米节点。我们还没有计量工具。开发掩模工具将需要两年时间。”

● ITRS与光刻技术发展

    《今日材料》（Materials Today）是Elsevier出版集团旗下的材料科学评论期刊，是一份在材料学业界享有盛名的出版物。《今日材料》在2008年评选出材料科学领域在过去50年间的xx进展。其中一些科研发现改变了该领域的研究方向，另外一些则为材料科学领域提供了新的机会和研究方向。

    令人惊讶的是，排在xx的并不是某项具体的研究成果，而是一种优先选择研究方向和制定研发计划的方式——ITRS。《国际半导体技术蓝图》（ITRS）通过设定创新和技术需求的目标推动了微电子行业的巨大进展。ITRS融合了科学、技术和经济学，很难想象在材料学领域还有什么能超越它对这个领域进展所起的推动作用。

    ITRS全称为 International Technology Roadmap for Semiconductors，中文译名为国际半导体技术蓝图。

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ITRS发布的xx研究报告封面

    ITRS是由欧洲、日本、韩国、台湾、美国五个主要的芯片制造地区发起的。

    发起组织分别是：

    European Semiconductor Industry Association （ESIA，欧洲半导体工业协会）；
    the Japan Electronics and Information Technology Industries Association （JEITA，日本电子与信息技术工业协会）；
    the Korean Semiconductor Industry Association （KSIA，韩国半导体工业协会）；
    the Taiwan Semiconductor Industry Association （TSIA,台湾半导体工业协会）；
    the United States Semiconductor Industry Association（SIA，美国半导体工业联盟）。

    ITRS的目的是确保集成电路（IC）和使用IC的产品在成本效益基础上的性能改进，从而持续半导体产业的健康和成功。

    ITRS每年会组织会议对半导体行业的发展方向进行讨论，通过全球芯片制造商、设备供应商、研究团体和consortia的协作努力，ITRS团队识别关键的挑战，鼓励创新解决方案，并欢迎来自半导体团体的分享。而最为重要的则是每年在会后发布的ROADMAP（线路图），ITRS在业内发布的ROADMAP具有半导体行业{zg}xx性。

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半导体光刻工艺40年发展历程与预测

    上图为依据ITRS报告制作的半导体光刻回顾与展望路线图，从图中我们可以看到EVU技术虽然进展坎坷商业化困难重重，但是这项技术前景仍然看好。但是目前最为实际的情况是193nm光刻技术借助于沉浸式技术，已经能够延续到11nm工艺，这为今后几年的半导体器件蚀刻提供了稳定的技术支撑。