等待下一代光刻技术

大约30年前，光学光刻技术被认为会在神奇的1微米障碍处撞墙，这促使人们需要一种新的模式技术，如直写电子束和x射线光刻技术。

然而，当时业界能够推动光刻技术在1微米节点及以上的批量芯片生产。这反过来又有效地扼杀了直写电子束和x射线作为生产晶圆厂可行的光刻选择。

今天，平版印刷者也在问自己同样的问题:历史会重演吗?事实上，在20世纪80年代和今天之间，有一些可怕的相似之处，也有巨大的差异。像以前一样，许多人预测今天的光刻技术将会消亡。因此，许多人认为迫切需要下一代光刻(NGL)技术，即极紫外(EUV)、多束和纳米压印。

EUV基本上是一种软x射线光刻技术。多束电子束是一种新型的直写电子束。纳米压印是一个旧的热压印技术的新采取。定向自组装(DSA)是另一种新兴的NGL候选材料，是一种使用嵌段共聚物的互补模式方案。

从某种角度来看，历史正在重演。基于光学的193nm浸没式光刻技术继续向更精细的几何形状扩展，并仍然是晶圆厂的主力生产工具。毋庸置疑，EUV、多光束和纳米压印技术都被推迟了，还没有准备好用于批量芯片生产。

但是，把20世纪80年代和今天相比，也有一些显著的不同。在20世纪80年代，该行业用100万美元的步进器打破了1微米的障碍。如今，芯片制造商必须为一台扫描仪支付5000万美元或更多。在20nm节点和更远的地方，制模的挑战正在升级。Pacific Crest Securities分析师韦斯顿·特威格(Weston Twigg)说:“现在，像英特尔这样的公司被迫采用双重模式技术，这种技术增加了遮罩和其他工艺步骤，非常复杂和昂贵。”

与20世纪80年代不同的是，油气行业还没有准备好对ngl认输。“我们肯定没有放弃，”英特尔高级研究员、先进光刻技术主管严·博罗多夫斯基(Yan Borodovsky)说。“我们仍然致力于支持几种正在开发的技术。这是EUV，电子束和定向自组装。我们正在关注这些问题，并在这三个方面做出积极努力。”

那么NGL的现状如何?各种技术什么时候能最终上市?

移动目标
各种ngl的发货时间表仍然难以确定，但显然，油气行业迟早需要一个解决方案。例如，在20nm工艺上，晶圆代工厂将继续使用193nm浸没式扫描仪，但在这个节点上，他们也被迫使用新的、昂贵的多模制程方案。

一般来说，代工厂在16nm/14nm节点推出初始finFET工艺时将遵循相同的策略。晶圆代工厂的初始finfet将使用20nm后端。总而言之，在16nm/14nm工艺下，“没有真正的光刻收缩”，这意味着晶圆代工厂可以使用他们现有的工具。

Twigg表示，在晶圆代工厂，20nm/16nm/14nm工艺可能会持续到2016年或2017年。最大的挑战来自10nm工艺，晶圆代工厂必须决定是扩展193nm/多重制程，还是采用EUV等NGL制程。他说:“随着晶圆代工厂在2017年或2018年迁移到10nm工艺，他们应该保持使用多种模式或euv的灵活性，如果它已经准备好了。”

EUV使用13.5nm波长，具有吸引力，因为它使行业保持在单次曝光的路径上。但由于缺乏足够的电源和其他问题，EUV遇到了几次延迟。GlobalFoundries研发转型高级总监布莱恩•赖斯(Bryan Rice)表示:“在缺陷方面，我们还差10倍。”“这是一个很大的数量级。”

由于这个原因和其他原因，EUV可能会错过10nm的窗口。赖斯说:“目前，(EUV)差距很大。”“所以在这一点上，我们不得不说，对于10nm，我们不能使用EUV。我们必须选择193nm。”

EUV也有可能错过7nm节点。曾有一段时间，英特尔表示将把193nm浸渍工艺扩展到10nm。然后，英特尔将在7纳米处插入EUV，尽管有迹象表明该芯片巨头可能会推出这项技术。Pacific Crest的Twigg表示:“我们预计英特尔将在代工后采用EUV技术，可能是在5nm节点，也有可能在7nm节点插入EUV技术。”

事实上，英特尔正在开创一种叫做互补光刻的概念。基于一维布局，互补光刻包括两步工艺-光栅和线条切割-图案设计。第一次曝光使用193nm浸泡，这使得光栅。剩余的曝光被用来切割音高划分的线条。

英特尔的Borodovsky表示，为了执行切割步骤，英特尔仍在评估EUV、多波束和DSA。“他们每个人都有自己的道路。EUV有望在其他任何东西之前准备就绪。EUV有望在2015年或2016年推出可行的解决方案。然后，如果两到三年后电子束出现，我们将拥有完整的工具。”

目前，阿斯麦控股在EUV方面的最新目标是到2014年实现每小时70片晶圆的吞吐量。Borodovsky说:“即使源功率目标无法按时实现，该技术也可能有一席之地。”“也许有一种方法可以在不牺牲质量的情况下减轻这些缺点。”

得到直接的
一段时间以来，Borodovsky和其他人一直是另一种ngl -多波束的支持者。这种技术属于直写光刻技术，是IBM在20世纪80年代首创的。直写很有吸引力，因为它能提供很好的分辨率，而且不需要昂贵的掩模。但是单束电子束的吞吐速度太慢，对于批量生产IC来说成本很高。

尽管如此，直写仍然是IC原型和asic生产的理想选择。asic无晶圆厂供应商eASIC总裁兼首席执行官罗尼·瓦什塔(Ronnie Vasishta)说:“如果说在这个行业中有一家公司的直写电子束是有意义的，那就是我们。”

例如，eASIC的90nm器件采用直写和光刻技术。在90nm方面，eASIC的代工合作伙伴是富士通。富士通有一种来自Advantest的单束电子束工具。与此同时，在铸造厂，eASIC维护了一个高达金属六层的预处理晶圆库存。大部分的制造过程已经用传统的光刻技术完成。然后在通道层使用直写电子束进行定制。

Vasishta说:“我们的芯片可以通过单一通道进行调整。”“直接写入电子束通过层处理的能力在经济上是有意义的，特别是对原型来说。当你在开发原型时，你不需要构建一个蒙版。然后，原型被交付给客户。原型工作并投入生产。然后，你可以为这一层制作一个蒙版，然后使用这个蒙版投入生产。”

根据Vasishta的说法，eASIC公司的90nm工艺在市场上已经取得了成功，但eASIC并没有在后续节点上使用直写技术。在45nm和28nm工艺上，eASIC决定更换代工伙伴。他说:“当我们做出这些选择时，(富士通)45nm和28nm的路线图并不明确。”

今天，eASIC正在出货45纳米asic，这是在GlobalFoundries的代工基础上制造的。与此同时，eASIC即将推出的28纳米器件将由台湾积电制造有限公司(TSMC)制造。GlobalFoundries和台积电都分别使用传统的光刻技术加工eASIC的芯片，但不是直接写入。

“直写电子束在我们用于这些技术的晶圆厂是不可用的，”Vasishta说。“我们不再使用直写电子束，但如果晶圆厂支持先进节点的工具，我们就可以使用。”

另一方面，晶圆代工厂正密切关注一种被称为多波束的直写增强版。该技术使用多个电子束，将电子束的精细分辨率与更高的吞吐量相结合。Advantest、KLA-Tencor、Mapper Lithography、Multibeam和Vistec分别在开发多光束工具。

但是多波束比EUV遇到了更多的延迟。最初，一些供应商承诺在2005年之前交付他们的系统，但是第一个类似beta版的系统预计要到2014年才会出现。第一批生产工具要到2018年才会推出。英特尔的Borodovsky说:“我们希望在那之前就有。”“但实事求是地说，考虑到电子束的资金投入，以及目前的承诺，2018年是人们可以考虑商业化工具的时候了。”

多波束面临着诸多挑战。博罗多夫斯基说:“目前的系统被设计成可以编写非常复杂的二维布局的通用系统。”“正因为如此，这些工具本身非常非常复杂。这种复杂性导致了重大的技术问题。”

一家名为Multibeam的公司正在开发英特尔所概述的专门用于互补光刻方法的工具。“为互补光刻设计的工具可以大大简化。正因为如此，延误的风险会更小。”

在多波束中，有多种方法。另一家公司Mapper正在开发一种5千伏的工具。它由一个装在柱子上的孔径/消光器阵列组成，该阵列承诺投射13000个光束。

第一台测试版机器最近已安装在CEA-Leti。第一个工具将由1300个光束组成，而不是13000个光束。目标是以每小时一片晶圆的速度对32纳米半距图像进行模压。CEA-Leti光刻项目经理Serge Tedesco说，另一个目标是展示全场曝光和对准能力。

此外，Tedesco表示，Mapper正在考虑开发一种独立的中间工具。该系统每小时可生产6至8片晶圆，可应用于除领先技术外的其他领域。他说:“很多公司都在考虑将这种类型的系统用于不太先进的节点，甚至是65nm、45nm和28nm。”

相比之下，Multibeam正在开发一种系统，该系统使用多个微型柱和形状梁的矢量扫描来提高吞吐量。该公司正在开发所谓的互补电子束光刻技术(CEBL)。

其想法是，多波束工具只会对关键层进行建模。Multibeam董事长David Lam表示:“所有其他层都将采用传统光刻技术。”“CEBL可用于关键层的线切割图案，以补充光学光刻。关键层是很难用光学图案。当然，它们也是最昂贵的，因为它们有多种模式。”

不过，NGLs-DSA、EUV、多光束和纳米印迹技术——都还有很多需要证明的地方。尽管如此，芯片制造商仍然依靠NGL这样的制造技术来保持成本竞争力。eASIC的Vasishta表示:“成本和成长型市场的交叉，目前正在给行业造成很大的混乱。”“我们就像坐过山车一样。因此，哪些公司可以保留价值主张来生存，哪些公司不能，这将是非常不稳定的。”