當193奈米微影技術在半導體製程技術藍圖上已經接近終點,下一代應該是157奈米微影;德州儀器( TI )前段製程部門經理Jim Blatchford雖然才剛完成採購先進157奈米微影系統的協商,他還是有點擔心這種未經驗證的技術。
所以Blatchford跑去參加一場在2004年國際光電工程師學會(SPIE)年度會議中舉辦的157奈米微影技術講座。但當他走進會議室,卻驚訝地發現幾乎沒人,室內安靜到能聽見外面滴滴答答的雨聲;可見157奈米微影技術出了什麼差錯。
後來Blatchford發現,與會者都擠在193奈米浸潤式微影(immersion lithography)技術會議室裡,講師還聲稱,工程師毋須冒險採用157奈米微影技術,他們只需要把接近晶圓片的縮影鏡頭(reduction)浸到水裡,就能藉由水的折射率(1.44)提升鏡頭縮小倍率。若使用折射率更高的液體,還有可能將193奈米微影技術的壽命更進一步延長。
「讓我最驚訝的是,大家是如此快速地採用了浸潤式微影技術;一旦有種可行的技術完成開發,每個人立即就能上線採用。」Blatchford表示。
193奈米光源在65奈米節點會遭遇解析度的限制,但藉由浸潤式微影技術可將其使用壽命延續至40~45奈米節點
(來源:Nikon)
浸潤式微影技術被如此快速接受的原因,是因為奠基於經證實的浸潤式顯微鏡(immersion microscopy)原理。該原理可回溯至1600年代,由英國自然哲學家(natural philosopher) Robert Hooke所提出;到了1800年代,由義大利天文學家與顯微鏡專家Giovanni Battista Amici證實。1900年代,浸潤式顯微鏡技術已經成為科學。
上述原理是利用光通過液體介質時會彎折的特性──把筆直的筷子插在裝滿水的玻璃杯時,會看到好像折斷了──因為如此,顯微鏡的影像透過浸溼的鏡頭會進一步放大。相反地,當光線通過浸在液體中的微縮影鏡頭時,就能將影像藉由折射率進一步縮小。
目前我們已知,結合浸潤式微影技術與多重圖形(multiple-patterning)技術──也就是將光罩分成多個部分,分在不同的步驟進行曝光──標準193奈米微影能延伸使用至32奈米製程節點;而透過採用更複雜的多重圖案以及高折射率的液體,193奈米微影的壽命還可望再進一步延續。
「英特爾 (Intel)已經完成32奈米製程節點的三重圖形技術,許多工程師也在討論於14奈米節點採用多重圖形;」Blatchford表示:「還有其他一些技巧能用來將間距加倍,使浸潤式微影技術有機會延伸至10奈米節點。」
深紫外光(EUV)微影技術還在開發階段,許多半導體大廠也表達了一旦該技術開發完成就會採用的意願;但其他業者現在預期,浸潤式微影技術、多重圖形以及高折射率液體,將讓193奈米微影設備一直走到國際半導體技術藍圖(ITRS)目前的終點──8奈米。
「很難說是否會有某種革命性新架構出現,讓晶片製程能進一步超越技術藍圖目前的終點;」Blatchford指出:「但英特爾曾公開表示,就算EUV技術永遠無法成功,浸潤式微影技術還是可能延續到目前半導體技術藍圖的終點。」
包括Nikon、Canon與ASML 等設備業者,過去十年來都致力於讓EUV成真;該技術使用的光源波長僅有10奈米,因此理論上能達到次5奈米(sub-five nm)節點、也就是僅有幾個分子的寬度。不過到那時候,碳材料電子元件可能已經發展出新的技術藍圖,我們再也不需要微影技術、蝕刻光罩,未來的IC會從原子層級開始就自組裝成完整的電路。