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EUV 缺陷为芯片前景蒙上阴影

时间：2018-04-10 10:19来源：eettaiwan

摘要：极紫外光微影(EUV)技术据称将在5纳米(nm)节点时出现随机缺陷。根据研究人员指出，目前他们正采取一系列的技术来消除这些缺陷，不过，截至目前为止，还没有找到有效的解决方案。

极紫外光微影(EUV)技术据称将在5纳米(nm)节点时出现随机缺陷。根据研究人员指出，目前他们正采取一系列的技术来消除这些缺陷，不过，截至目前为止，还没有找到有效的解决方案。

这项消息传出之际，正值格芯(Globalfoundries)、三星(Samsung)和台积电(TSMC)竞相为明年的7nm生产升级其EUV系统至具有高可用性的250W光源。如今，这些随机缺陷的出现显示，针对半导体制造日益增加的成本和复杂性，并不存在任何解决问题的灵丹妙药。

比利时Imec研究机构的图形专家Greg McIntyre在日前于美国加州举办的国际光学工程学会先进微影技术会议(SPIE Advanced Lithography)上表示，最新的EUV扫描器可以印制出代工厂为7nm所计划的20nm及更大尺寸之关键规格。然而，他们在制作精细线条和电洞的能力还不明确。

像McIntyre这样的乐观主义者认为，针对这种所谓的「随机效应」很快地就会出现一连串的解决方案。但一些怀疑论者则认为这样的结果只是多了一个让人更加质疑EUV系统的理由——价格昂贵且延迟已久的EUV系统是否真的能成为芯片制造商的主流工具？

前英特尔(Intel)微影技术专家Yan Borodovsky预期，业界工程师应该能够使用EUV步进机进行2-3次曝光，打造出5nm或什至是3nm元件。但他在此次活动的主题演讲时也指出，随着芯片缺陷的不断上升，最终将迫使工程师们采用新的容错处理器架构，例如神经网路。

最近的缺陷突然出现在15nm左右的关键尺寸上，而这是针对2020年代工制程制造5nm芯片所需的技术节点。EUV制造商ASML在去年的活动中提及，该公司正在准备可印制更精细几何尺寸的下一代EUV系统，但这些系统要到2024年之后才会推出。

Imec研究人员指出，EUV微影将在5nm时出现随机缺陷（来源：Imec）

随机缺陷有多种形式。有些是造成不完美的电洞；有些则是线状裂缝、或者是在两线和两电洞之间形成短路。由于这些缺陷尺寸过于微小，研究人员有时得花几天时间才能找到。

McIntyre描述发现和消除错误时会遇到的挑战。例如，一些研究人员提出了衡量线条粗糙度的标准方法，这正是了解缺陷的关键之一。

另一个问题是，目前还不清楚光阻剂材料碰到EUV光源时会发生什么变化。McIntyre指出，「现在还不知道有多少电子产生，以及会创造出什么化学物质……我们对于物理学还不是完全地了解，所以正在进行更多的实验。」他指出研究人员已经测试多达350种光阻剂和制程步骤的组合了。

良率在7nm/5nm备受关注
「制造业将会因为良率降低而受到重大的打击……如果我得为此负责，那么我要说是时候退休了，」一位退休的微影技术专家在有关5nm缺陷的讨论会上说道。

来自Globalfoundries的技术专家则在另一场专题演讲中发表更加乐观但相对理智的看法。Globalfoundries研究副总裁George Gomba在回顾致力于EUV近30年的历程时说道：「这是一项艰巨的任务，而且接下来还有更多工作要做。」

当今的NXE 3400系统「不符合我们期望的一些发展蓝图要求，所以[在7nm时]仍然存在一些不确定性。如果不提高生产力和可用性，我们可能难以发挥EUV的最大价值。」

Gomba指出，5nm时的随机缺陷包括细微的3D断裂和撕裂，例如线条上的缺口等。他还呼吁在所谓光化系统上进行更多的工作，以便微影技术人员在采用光罩护膜覆盖之前检测EUV光罩。

「为了充份利用EUV，我们将需要光化检测系统，尽管仍在开发中，但它可以辅助目前已经可用的电子束(e-beam)光罩检测系统。」

Globalfoundries分享了对于何时以及如何导入EUV的看法。(深绿色框表示高数值孔径的EUV更受欢迎（来源：Globalfoundries）

Borodovsky在采访中表示，另一个可能导致5nm缺陷的因素是现有的EUV光阻剂材料缺乏均匀度。此外，他还表示支持直接电子束写入，因为EUV使用的复杂相移光罩最终将膨胀至目前浸润式光罩价格的8倍。

由Lam Research创办人David Lam成立的公司Multibeam最近为其电子束技术获得了3,500万美元的政府资金。他希望在2年半内打造一套能应用于立基市场的商用系统，但适于大量生产的版本还需要更长的时间。