浸润式微影技术强势晋级，EUV技术可有出头日？

　　当193纳米微影技术在半导体制程技术蓝图上已经接近终点，下一代应该是157纳米微影；德州仪器（TI）前段制程部门经理Jim Blatchford虽然才刚完成采购先进157纳米微影系统的协商，他还是有点担心这种未经验证的技术。

　　所以Blatchford跑去参加一场在2004年国际光电工程师学会（SPIE）年度会议中举办的157纳米微影技术讲座。但当他走进会议室，却惊讶地发现几乎没人，室内安静到能听见外面滴滴答答的雨声；可见157纳米微影技术出了什么差错。

　　后来Blatchford发现，与会者都挤在193纳米浸润式微影（immersion lithography）技术会议室里，讲师还声称，工程师毋须冒险采用157纳米微影技术，他们只需要把接近晶圆片的缩影镜头（reduction）浸到水里，就能通过水的折射率（1.44）提升镜头缩小倍率。若使用折射率更高的液体，还有可能将193纳米微影技术的寿命更进一步延长。

　　“让我最惊讶的是，大家是如此快速地采用了浸润式微影技术；一旦有种可行的技术完成开发，每个人立即就能上线采用。”Blatchford表示。

　　193纳米光源在65纳米节点会遭遇清晰度的限制，但通过浸润式微影技术可将其使用寿命延续至40~45纳米节点（来源：Nikon）

　　浸润式微影技术被如此快速接受的原因，是因为奠基于经证实的浸润式显微镜（immersion microscopy）原理。该原理可回溯至1600年代，由英国自然哲学家（natural philosopher） Robert Hooke所提出；到了1800年代，由义大利天文学家与显微镜专家Giovanni Battista Amici证实。1900年代，浸润式显微镜技术已经成为科学。

　　上述原理是利用光通过液体介质时会弯折的特性──把笔直的筷子插在装满水的玻璃杯时，会看到好像折断了──因为如此，显微镜的影像透过浸湿的镜头会进一步放大。相反地，当光线通过浸在液体中的微缩影镜头时，就能将影像藉由折射率进一步缩小。

　　目前我们已知，结合浸润式微影技术与多重图形（multiple-patterning）技术──也就是将光罩分成多个部分，分在不同的步骤进行曝光──标准193纳米微影能延伸使用至32纳米制程节点；而透过采用更复杂的多重图案以及高折射率的液体，193纳米微影的寿命还可望再进一步延续。

　　“英特尔已经完成32纳米制程节点的三重图形技术，许多工程师也在讨论于14纳米节点采用多重图形；”Blatchford表示：“还有其他一些技巧能用来将间距加倍，使浸润式微影技术有机会延伸至10纳米节点。”

　　深紫外光（EUV）微影技术还在开发阶段，许多半导体大厂也表达了一旦该技术开发完成就会采用的意愿；但其他业者现在预期，浸润式微影技术、多重图形以及高折射率液体，将让193纳米微影设备一直走到国际半导体技术蓝图（ITRS）目前的终点──8纳米。

　　“很难说是否会有某种革命性新架构出现，让芯片制程能进一步超越技术蓝图目前的终点；”Blatchford指出：“但英特尔曾公开表示，就算EUV技术永远无法成功，浸润式微影技术还是可能延续到目前半导体技术蓝图的终点。”

　　包括Nikon、Canon与ASML等设备业者，过去十年来都致力于让EUV成真；该技术使用的光源波长仅有10纳米，因此理论上能达到次5纳米（sub-five nm）节点、也就是仅有几个分子的宽度。不过到那时候，碳材料电子元件可能已经发展出新的技术蓝图，我们再也不需要微影技术、蚀刻光罩，未来的IC会从原子层级开始就自组装成完整的电路。