長久以來看好可作為晶片製造業的下一大步──超紫外光(EUV)微影技術事實上還未能準備好成為主流技術。這意味著急於利用EUV製造技術的全球晶片製造商們正面臨著一個可怕的前景──他們必須使用較以往更複雜且昂貴的技術來擴展現有的光學微影工具，如雙重圖形等。更糟的是，EUV技術的差距對於半導體製造供應鏈的根本經濟基礎構成了威脅。
EUV技術最初是在2005年時針對生產用途所開發的，後來一直被期待用於22nm晶片製造，英特爾公司(Intel)也已於去年率先啟動這項技術。現在，英特爾計劃擴展光學微影技術至14nm節點，而從2015年下半年開始的10nm節點將轉換至以EUV技術作為其主流生產方式。此外，三星公司(Samsung)也計劃最快可在2013年導入EUV技術量產製造。
但晶片製造商希望能在他們計劃進行量產製造前，能夠讓EUV技術預先做好準備，那麼他們將可先行建立晶片設計規則以及調整其製程。而今，一連串的挑戰依然存在，包括開發更好的光罩檢測、維修工具以及感光度更佳的光阻劑。
截至目前為止，推動EUV量產的最大障礙是EUV工具上的晶圓吞吐量，仍遠低於可實現EUV製造所需的標準。造成吞吐量受限的原因則是由於缺乏能夠提供所需功率與可靠性的EUV光源。
“我認為EUV光源顯然無法在未來幾年內準備好所需的功率與可靠性，”凸版印刷(Toppan Photomask)公司技術長Franklin Kalk表示，“隨著第一款生產工具計劃遲至2012年晚期推出，生產整合需在那之後才能進行，想要在2013年量產EUV技術預計是難以達到的目標。”
KLA-Tencor公司副總裁兼總經理Brian Haas在去年9月舉行的一場業界會議中表示，在周遭不斷充斥著對於吞吐量的質疑，過去將EUV技術視為次世代微影主導技術的看法已經改變了。其它一度被認為是利基型的技術，如奈米壓印微影技術，最終可能在某些設備應用上扮演著更主流的角色。
微影設備供應商ASML公司已經售出6套EUV預生產工具給晶片廠商了。根據ASML公司首席科學家Bill Arnold表示，其中三套系統現正被用於曝光晶圓，其他系統則分別在裝機至出貨給客戶的不同階段中。ASML坦承該工具的吞吐量大約每小時產出不到10片晶圓。一些觀察家則認為該工具每小時產出約僅在1-5片晶圓之間。
已經有許多製造商嘗試過了，但至今都未能開發出具有足夠功率與可靠性的EUV光源，以使EUV微影技術達到充份的吞吐量。ASML表示至少有三家公司可望解決這項挑戰，包括Ushio、GigaPhoton以及ASML的長期供應商Cymer。
ASML公司表示，日前有兩家光源供應商分別展示其不同等級的光源技術，應該有助於提高EUV掃描器的吞吐量到每小時約15片晶圓。這也將使設備公司得以開始擘劃發展藍圖──在2012夏季以前提升EUV吞吐量至可實現商用化標準。
晶片製造商希望EUV微影最終能達到每小時100片以上晶圓的吞吐量，但目前看來似乎還不太可能。一些觀察家預測大約每小時60-80片晶圓的吞吐量就足以使在EUV技術的投資更具有吸引力，但Haas說：“現實情況是我們可能也達不到這一目標。”
ASML公司已加緊監督其供應商的EUV技術光源開發工作，甚至指派最優秀的工程師長駐於供應商處，Arnold表示。儘管每小時處理60片晶圓的目標仍是一大挑戰，但ASML聲稱今年就能達到這個目標。
一些觀察家們仍然相信ASML公司將督促其供應商開發出一款合適的光源，而使EUV技術得以在2015年投入量產。但對此抱持懷疑態度者──甚至包括一些EUV技術的大力支持者們均質疑是否還要再為此付出更多的腦力與苦力？光源開發人員們是否正與實體定律進行一場毫無勝算的戰役？
“許多的經濟規模實際上取決於掃瞄器能否達到一定的吞吐量閾值，而這就是我們付出許多心血之處，”Arnold表示。“如果這是一個只要付出大量心力就能解決的問題，我們終將解決這個問題。”
然而，如果短期內無法克服吞吐量的問題，晶片製造商們將別無選擇，只能再進一步尋求擴展193 nm ArF微影技術的替代方法。ArF微影技術一直是過去十年來的主流途徑。
但這樣做的代價不菲。製程工程師們已利用一些技術進行22nm節點的晶片製造，這些技術包括光學鄰近校正(OPC)、相位移光罩(PSM)，以及最近的浸入式微影技術、光源光罩最佳化和雙重圖案等。使用一組光罩花費可能就高達2百萬美元以上，是晶片設計實現量產時的最高成本之一。
英特爾公司已下注於這項技術了。該公司希望在10nm節點的關鍵層利用EUV技術作為其主要的微影技術，但另一方面也研究如何擴展ArF微影技術至10nm的方法，根據英特爾公司研究員Vivek Singh表示。
但英特爾必須很快地作出決定，究竟要不要為10nm製程建立兩套設計規則──一套用於EUV，另一套則用於ArF？或是只選用其中一種？Singh補充道，“這就跟錢有關了。”
英特爾的另一位研究人員Mark Bohr最近告訴我們，英特爾公司在擴展193nm浸入式微影至10nm節點上已經得到令人振奮的結果了，但他並未透露進一步的細節。
歐洲校際微電子中心(IMEC)一直是研究EUV微影技術的旗艦中心，去年7月宣佈開始採用ASML試產工具曝光EUV晶圓。但IME也進行其它應急措施；CEO Luc Van den Hove最近表示，IMEC將採用ASML最新的193nm浸入式微影工具來處理光學微影開發作業；一旦面臨EUV無法用於14nm節點的情況下，這將可作為一項備用計劃。
但在14nm及更先進製程，採用光學浸入式微影技術的雙重圖形方法無法提供足夠的解析度來寫入光罩特色；有時還必須使用到三倍、四倍或甚至五倍圖形。
但以往只需要使用一個光罩的關鍵層，現在卻得使用多達五個光罩──這將會為任何設計增加相當大的成本。但至於費用貴到什程度會成為問題，現在也還不清楚，因為EUV本身就不便宜。一些設備市場分析師指出，生產EUV工具的花費可能高達1億美元以上。
根據KLA的Haas表示，EUV技術的開發困境可能是‘噩夢’一場，挑戰著業界供應鏈的根本經濟學。Haas警告，如果EUV微影工具的吞吐量無法達到每小時超過30片晶圓，記憶體晶片製造商仍可能以該技術實現量產，但一般代工廠、邏輯晶片供應商以及其他廠商將被迫採用替代方案。這種分歧將迫使KLA及其他工具供應商以較銷售預期更少的產量來攤銷EUV光罩偵測工具及其它設備的開發成本，最終導致成本更高，而使潛在買主因天價而怯步或撤銷購買計劃。
Haas認為，ASML公司最終將解決光源問題，並讓EUV工具達到可進行商用生產的吞吐量。
“我很樂觀，而且我們也應該要樂觀面對。因為我們都靠這項技術了。EUV微影技術在經濟上勢在必行。”
到了2015年時，我們就會知道是採取這種或哪一種方式了。
編譯：Susan Hong
(參考原文：Chip World Faces Facts: EUV Lithography No Sure Bet，by Dylan McGrath)
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