半導(dǎo)體工藝微細(xì)化遇阻

　　半導(dǎo)體工藝技術(shù)在不斷進(jìn)步。先行廠商已開(kāi)始量產(chǎn)22/20nm工藝產(chǎn)品，而且還在開(kāi)發(fā)旨在2～3年后量產(chǎn)的15nm技術(shù)。不過(guò)，雖然技術(shù)在不斷進(jìn)步，但很多工藝技術(shù)人員都擁有閉塞感。因?yàn)楣に嚰夹g(shù)革新的關(guān)鍵——微細(xì)化讓人擔(dān)心。決定微細(xì)化成敗的蝕刻技術(shù)沒(méi)有找到突破口，由微細(xì)化帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)越來(lái)越難以確認(rèn)。而在微細(xì)化以外的技術(shù)方面，2011年出現(xiàn)了頗受關(guān)注的話題，美國(guó)英特爾宣布三維晶體管實(shí)用化、臺(tái)積電(TSMC)宣布建設(shè)450mm晶圓生產(chǎn)線。這些技術(shù)正在逐漸擴(kuò)大到全行業(yè)。

　　量產(chǎn)中遲遲無(wú)法采用EUV光刻技術(shù)

　　“2011年開(kāi)始量產(chǎn)22nm工藝產(chǎn)品。2013年和2015年將分別量產(chǎn)14nm和10nm工藝產(chǎn)品”,“工藝開(kāi)發(fā)將保持2年推進(jìn)1代的速度”。先行廠商并沒(méi)有放緩微細(xì)化、即“延續(xù)摩爾法則”步伐的跡象。但業(yè)內(nèi)仍然籠罩著一種閉塞感。原因是，本應(yīng)通過(guò)微細(xì)化獲得的成本效應(yīng)越來(lái)越難以感受到。

　　半導(dǎo)體行業(yè)之所以數(shù)十年來(lái)一直在推進(jìn)微細(xì)化，是因?yàn)槲⒓?xì)化宛若“萬(wàn)能法寶”一樣。也就是說(shuō)，僅憑微細(xì)化，就能同時(shí)改善性能、耗電量及成本等所有方面。不過(guò)，這個(gè)萬(wàn)能法寶隨著微細(xì)化的推進(jìn)逐漸退去了光環(huán)。首先，僅憑微細(xì)化已經(jīng)難以削減耗電量。其次，性能也難以僅憑微細(xì)化改善了。目前是在實(shí)現(xiàn)微細(xì)化的同時(shí)通過(guò)導(dǎo)入各種助推技術(shù)(旨在改善晶體管性能的技術(shù))來(lái)改善性能。但成本優(yōu)勢(shì)即將迎來(lái)極限。

　　越來(lái)越難實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)勢(shì)的主要原因是蝕刻成本的上升。在今后的微細(xì)化中，作為能夠抑制蝕刻成本上升從而實(shí)現(xiàn)微細(xì)化的技術(shù)，備受業(yè)界期待的EUV光刻遲遲未能實(shí)用化。因此，不得不利用高成本蝕刻技術(shù)量產(chǎn)半導(dǎo)體。在22/20nm工藝產(chǎn)品中，各公司均采用ArF液浸曝光技術(shù)，而不是EUV光刻技術(shù)。將于2013～2014年開(kāi)始量產(chǎn)的15nm工藝產(chǎn)品雖然將EUV光刻作為第一候選，但作為備用技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備了ArF液浸+二次圖形(DP)技術(shù)。不過(guò)，延長(zhǎng)ArF液浸曝光壽命的這些技術(shù)工序數(shù)量多、成本高?？梢缘脑?，還是希望能穩(wěn)步推進(jìn)EUV光刻技術(shù)的開(kāi)發(fā)，使用EUV光刻技術(shù)。

　　EUV光源的輸出功率無(wú)法提高

　　EUV光刻的開(kāi)發(fā)無(wú)法取得進(jìn)展的最大原因是EUV光源的輸出功率不足。EUV光源的輸出功率如果按當(dāng)初預(yù)定應(yīng)該是在2010年實(shí)現(xiàn)100kW@IF(中間焦點(diǎn)位置的輸出)，2012年實(shí)現(xiàn)250kW@IF。但截至2010年秋季的研究水準(zhǔn)的數(shù)據(jù)(Champion Data)只有20～40kW@IF左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到當(dāng)初目標(biāo)。因此，從事EUV光源開(kāi)發(fā)的各公司計(jì)劃2011年力挽狂瀾，在2011年內(nèi)達(dá)到目標(biāo)。

　　進(jìn)入2011年后，這個(gè)計(jì)劃從最初就遭遇了挫折。2011年EUV曝光裝置開(kāi)始配備光源，要求的是實(shí)用水平的輸出功率而非研究水準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。結(jié)果，20～40kW@IF的光源輸出功率非但沒(méi)有提高，反而陷入了停滯甚至降低的困境。之后，經(jīng)過(guò)從春到秋的努力，雖然逐漸提高了性能，但最終輸出功率在實(shí)用水平上只有30kW@IF左右。雖然數(shù)據(jù)從研究水準(zhǔn)向?qū)嵱盟疁?zhǔn)進(jìn)步了，但輸出功率的絕對(duì)值這一年里幾乎沒(méi)有提高。

　　對(duì)于如此慢的速度，半導(dǎo)體技術(shù)人員中有兩種觀點(diǎn)。部分技術(shù)人員認(rèn)為EUV光源廠商是“喊狼來(lái)了的孩子”，還有的技術(shù)人員認(rèn)為，半導(dǎo)體廠商和曝光裝置廠商向EUV光源廠商提出了不切實(shí)際的日程規(guī)劃。無(wú)論怎樣，100kW@IF的實(shí)現(xiàn)時(shí)間又推遲了一年將至2012年中期。這意味著，量產(chǎn)階段所需的250kW@IF的實(shí)現(xiàn)時(shí)間會(huì)更晚。

　　從目前的EUV光源開(kāi)發(fā)情況來(lái)看，即使今后的開(kāi)發(fā)按照EUV光源廠商所說(shuō)的“Best Case”推進(jìn)，能不能勉強(qiáng)趕上2013～2014年開(kāi)始量產(chǎn)的15nm產(chǎn)品也不一定。如果今后再發(fā)生會(huì)使實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲的情況，15nm就不用說(shuō)了，能不能用到其后的12～10nm也是未知數(shù)。業(yè)內(nèi)開(kāi)始有人認(rèn)為，“EUV光刻的實(shí)用化時(shí)間要到2018年以后”。

　　實(shí)用化時(shí)間的延遲又為EUV光刻的實(shí)用化帶來(lái)了新的課題。即能夠通過(guò)EUV光刻解像的圖案尺寸與實(shí)用化時(shí)所需的圖案尺寸之間出現(xiàn)了背離的課題。EUV光刻的光源波長(zhǎng)為13.5nm。要想支持12～10nm以后的工藝，必然需要各種超解像技術(shù)(RET)。但如果導(dǎo)入RET，蝕刻成本上升的問(wèn)題這次又會(huì)出現(xiàn)在EUV光刻中。蝕刻技術(shù)人員指出，“EUV光刻面臨著錯(cuò)過(guò)量產(chǎn)導(dǎo)入時(shí)機(jī)的危險(xiǎn)”，這種看法越來(lái)越有可能出現(xiàn)。