半導體工藝微細化遇阻

　　半導體工藝技術在不斷進步。先行廠商已開始量產(chǎn)22/20nm工藝產(chǎn)品，而且還在開發(fā)旨在2～3年后量產(chǎn)的15nm技術。不過，雖然技術在不斷進步，但很多工藝技術人員都擁有閉塞感。因為工藝技術革新的關鍵——微細化讓人擔心。決定微細化成敗的蝕刻技術沒有找到突破口，由微細化帶來的成本優(yōu)勢越來越難以確認。而在微細化以外的技術方面，2011年出現(xiàn)了頗受關注的話題，美國英特爾宣布三維晶體管實用化、臺積電(TSMC)宣布建設450mm晶圓生產(chǎn)線。這些技術正在逐漸擴大到全行業(yè)。

　　量產(chǎn)中遲遲無法采用EUV光刻技術

　　“2011年開始量產(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”,“工藝開發(fā)將保持2年推進1代的速度”。先行廠商并沒有放緩微細化、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，本應通過微細化獲得的成本效應越來越難以感受到。

　　半導體行業(yè)之所以數(shù)十年來一直在推進微細化，是因為微細化宛若“萬能法寶”一樣。也就是說，僅憑微細化，就能同時改善性能、耗電量及成本等所有方面。不過，這個萬能法寶隨著微細化的推進逐漸退去了光環(huán)。首先，僅憑微細化已經(jīng)難以削減耗電量。其次，性能也難以僅憑微細化改善了。目前是在實現(xiàn)微細化的同時通過導入各種助推技術(旨在改善晶體管性能的技術)來改善性能。但成本優(yōu)勢即將迎來極限。

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

　　EUV光源的輸出功率無法提高

　　EUV光刻的開發(fā)無法取得進展的最大原因是EUV光源的輸出功率不足。EUV光源的輸出功率如果按當初預定應該是在2010年實現(xiàn)100kW@IF(中間焦點位置的輸出)，2012年實現(xiàn)250kW@IF。但截至2010年秋季的研究水準的數(shù)據(jù)(Champion Data)只有20～40kW@IF左右，遠遠未達到當初目標。因此，從事EUV光源開發(fā)的各公司計劃2011年力挽狂瀾，在2011年內(nèi)達到目標。

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

　　對于如此慢的速度，半導體技術人員中有兩種觀點。部分技術人員認為EUV光源廠商是“喊狼來了的孩子”，還有的技術人員認為，半導體廠商和曝光裝置廠商向EUV光源廠商提出了不切實際的日程規(guī)劃。無論怎樣，100kW@IF的實現(xiàn)時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的實現(xiàn)時間會更晚。

　　從目前的EUV光源開發(fā)情況來看，即使今后的開發(fā)按照EUV光源廠商所說的“Best Case”推進，能不能勉強趕上2013～2014年開始量產(chǎn)的15nm產(chǎn)品也不一定。如果今后再發(fā)生會使實現(xiàn)時間延遲的情況，15nm就不用說了，能不能用到其后的12～10nm也是未知數(shù)。業(yè)內(nèi)開始有人認為，“EUV光刻的實用化時間要到2018年以后”。

　　實用化時間的延遲又為EUV光刻的實用化帶來了新的課題。即能夠通過EUV光刻解像的圖案尺寸與實用化時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(RET)。但如果導入RET，蝕刻成本上升的問題這次又會出現(xiàn)在EUV光刻中。蝕刻技術人員指出，“EUV光刻面臨著錯過量產(chǎn)導入時機的危險”，這種看法越來越有可能出現(xiàn)。