極紫外光微影(EUV)技術(shù)據(jù)稱將在5納米(nm)節(jié)點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)隨機(jī)缺陷。根據(jù)研究人員指出，目前他們正采取一系列的技術(shù)來消除這些缺陷，不過，截至目前為止，還沒有找到有效的解決方案。

這項(xiàng)消息傳出之際，正值格芯(Globalfoundries)、三星(Samsung)和臺(tái)積電(TSMC)競(jìng)相為明年的7nm生產(chǎn)升級(jí)其EUV系統(tǒng)至具有高可用性的250W光源。如今，這些隨機(jī)缺陷的出現(xiàn)顯示，針對(duì)半導(dǎo)體制造日益增加的成本和復(fù)雜性，并不存在任何解決問題的靈丹妙藥。

比利時(shí)Imec研究機(jī)構(gòu)的圖形專家Greg McIntyre在日前于美國(guó)加州舉辦的國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)先進(jìn)微影技術(shù)會(huì)議(SPIE Advanced Lithography)上表示，最新的EUV掃描儀可以印制出代工廠為7nm所計(jì)劃的20nm及更大尺寸之關(guān)鍵規(guī)格。然而，他們?cè)谥谱骶?xì)線條和電洞的能力還不明確。

像McIntyre這樣的樂觀主義者認(rèn)為，針對(duì)這種所謂的“隨機(jī)效應(yīng)”很快地就會(huì)出現(xiàn)一連串的解決方案。但一些懷疑論者則認(rèn)為這樣的結(jié)果只是多了一個(gè)讓人更加質(zhì)疑EUV系統(tǒng)的理由——價(jià)格昂貴且延遲已久的EUV系統(tǒng)是否真的能成為芯片制造商的主流工具？

前英特爾(Intel)微影技術(shù)專家Yan Borodovsky預(yù)期，業(yè)界工程師應(yīng)該能夠使用EUV步進(jìn)機(jī)進(jìn)行2-3次曝光，打造出5nm或甚至是3nm組件。但他在此次活動(dòng)的主題演講時(shí)也指出，隨著芯片缺陷的不斷上升，最終將迫使工程師們采用新的容錯(cuò)處理器架構(gòu)，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

最近的缺陷突然出現(xiàn)在15nm左右的關(guān)鍵尺寸上，而這是針對(duì)2020年代工工藝制造5nm芯片所需的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。EUV制造商ASML在去年的活動(dòng)中提及，該公司正在準(zhǔn)備可印制更精細(xì)幾何尺寸的下一代EUV系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)要到2024年之后才會(huì)推出。

Imec研究人員指出，EUV微影將在5nm時(shí)出現(xiàn)隨機(jī)缺陷（來源：Imec）

隨機(jī)缺陷有多種形式。有些是造成不完美的電洞；有些則是線狀裂縫、或者是在兩線和兩電洞之間形成短路。由于這些缺陷尺寸過于微小，研究人員有時(shí)得花幾天時(shí)間才能找到。

McIntyre描述發(fā)現(xiàn)和消除錯(cuò)誤時(shí)會(huì)遇到的挑戰(zhàn)。例如，一些研究人員提出了衡量線條粗糙度的標(biāo)準(zhǔn)方法，這正是了解缺陷的關(guān)鍵之一。

另一個(gè)問題是，目前還不清楚光阻劑材料碰到EUV光源時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化。McIntyre指出，“現(xiàn)在還不知道有多少電子產(chǎn)生，以及會(huì)創(chuàng)造出什么化學(xué)物質(zhì)……我們對(duì)于物理學(xué)還不是完全地了解，所以正在進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)。”他指出研究人員已經(jīng)測(cè)試多達(dá)350種光阻劑和工藝步驟的組合了。

良率在7nm/5nm備受關(guān)注

“制造業(yè)將會(huì)因?yàn)榱悸式档投艿街卮蟮拇驌簟绻业脼榇素?fù)責(zé)，那么我要說是時(shí)候退休了，”一位退休的微影技術(shù)專家在有關(guān)5nm缺陷的討論會(huì)上說道。

來自Globalfoundries的技術(shù)專家則在另一場(chǎng)專題演講中發(fā)表更加樂觀但相對(duì)理智的看法。Globalfoundries研究副總裁George Gomba在回顧致力于EUV近30年的歷程時(shí)說道：“這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，而且接下來還有更多工作要做。”

當(dāng)今的NXE 3400系統(tǒng)“不符合我們期望的一些發(fā)展藍(lán)圖要求，所以（在7nm時(shí)）仍然存在一些不確定性。如果不提高生產(chǎn)力和可用性，我們可能難以發(fā)揮EUV的最大價(jià)值。”

Gomba指出，5nm時(shí)的隨機(jī)缺陷包括細(xì)微的3D斷裂和撕裂，例如線條上的缺口等。他還呼吁在所謂光化系統(tǒng)上進(jìn)行更多的工作，以便微影技術(shù)人員在采用光罩護(hù)膜覆蓋之前檢測(cè)EUV光罩。

“為了充份利用EUV，我們將需要光化檢測(cè)系統(tǒng)，盡管仍在開發(fā)中，但它可以輔助目前已經(jīng)可用的電子束(e-beam)光罩檢測(cè)系統(tǒng)。”

Globalfoundries分享了對(duì)于何時(shí)以及如何導(dǎo)入EUV的看法。(深綠色框表示高數(shù)值孔徑的EUV更受歡迎（來源：Globalfoundries）

Borodovsky在采訪中表示，另一個(gè)可能導(dǎo)致5nm缺陷的因素是現(xiàn)有的EUV光阻劑材料缺乏均勻度。此外，他還表示支持直接電子束寫入，因?yàn)镋UV使用的復(fù)雜相移光罩最終將膨脹至目前浸潤(rùn)式光罩價(jià)格的8倍。

由Lam Research創(chuàng)辦人David Lam成立的公司Multibeam最近為其電子束技術(shù)獲得了3,500萬美元的政府資金。他希望在2年半內(nèi)打造一套能應(yīng)用于立基市場(chǎng)的商用系統(tǒng)，但適于大量生產(chǎn)的版本還需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

Imec認(rèn)為，下一代EUV可望在2025年以前投入商用

Borodovsky表示，到了2024年，缺陷可能變得非常普遍，以至于傳統(tǒng)的處理器將無法以先進(jìn)工藝制造。使用內(nèi)存數(shù)組與內(nèi)建嵌入式操作數(shù)件的實(shí)驗(yàn)芯片可能具有更高的容錯(cuò)能力，例如IBM的True North芯片，以及惠普實(shí)驗(yàn)室(HP Labs)以憶阻器打造的成果。

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