浸润式微影寿命延长EUV恐无出头天？

当193奈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奈米微影；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奈米微影系统的协商，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奈米微影技术讲座。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奈米微影技术出了什么差错。
后来Blatchford发现，与会者都挤在193奈米浸润式微影(immersion lithography)技术会议室里，讲师还声称，工程师毋须冒险采用157奈米微影技术，他们只需要把接近晶圆片的缩影镜头(reduction)浸到水里，就能藉由水的折射率(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奈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奈米光源在65奈米节点会遭遇解析度的限制，但藉由浸润式微影技术可将其使用寿命延续至40~45奈米节点（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奈米微影能延伸使用至32奈米制程节点；而透过采用更复杂的多重图案以及高折射率的液体，193奈米微影的寿命还可望再进一步延续。
「英特尔 (Intel)已经完成32奈米制程节点的三重图形技术，许多工程师也在讨论于14奈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奈米节点。」
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奈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奈米。
「很难说是否会有某种革命性新架构出现，让晶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奈米，因此理论上能达到次5奈米(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。