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

這項消息傳出之際，正值格芯(Globalfoundries)、三星(Samsung)和臺積電(TSMC)競相為明年的7nm生產升級其EUV系統(tǒng)至具有高可用性的250W光源。如今，這些隨機缺陷的出現(xiàn)顯示，針對半導體制造日益增加的成本和復雜性，并不存在任何解決問題的靈丹妙藥。

比利時Imec研究機構的圖形專家Greg McIntyre在日前于美國加州舉辦的國際光學工程學會先進微影技術會議(SPIE Advanced Lithography)上表示，最新的EUV掃描儀可以印制出代工廠為7nm所計劃的20nm及更大尺寸之關鍵規(guī)格。然而，他們在制作精細線條和電洞的能力還不明確。

像McIntyre這樣的樂觀主義者認為，針對這種所謂的“隨機效應”很快地就會出現(xiàn)一連串的解決方案。但一些懷疑論者則認為這樣的結果只是多了一個讓人更加質疑EUV系統(tǒng)的理由——價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)微影技術專家Yan Borodovsky預期，業(yè)界工程師應該能夠使用EUV步進機進行2-3次曝光，打造出5nm或甚至是3nm組件。但他在此次活動的主題演講時也指出，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處理器架構，例如神經網(wǎng)絡。

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

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

隨機缺陷有多種形式。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，研究人員有時得花幾天時間才能找到。

McIntyre描述發(fā)現(xiàn)和消除錯誤時會遇到的挑戰(zhàn)。例如，一些研究人員提出了衡量線條粗糙度的標準方法，這正是了解缺陷的關鍵之一。

另一個問題是，目前還不清楚光阻劑材料碰到EUV光源時會發(fā)生什么變化。McIntyre指出，“現(xiàn)在還不知道有多少電子產生，以及會創(chuàng)造出什么化學物質……我們對于物理學還不是完全地了解，所以正在進行更多的實驗。”他指出研究人員已經測試多達350種光阻劑和工藝步驟的組合了。

良率在7nm/5nm備受關注

“制造業(yè)將會因為良率降低而受到重大的打擊……如果我得為此負責，那么我要說是時候退休了，”一位退休的微影技術專家在有關5nm缺陷的討論會上說道。

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

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

Gomba指出，5nm時的隨機缺陷包括細微的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)上進行更多的工作，以便微影技術人員在采用光罩護膜覆蓋之前檢測EUV光罩。

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

Globalfoundries分享了對于何時以及如何導入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，另一個可能導致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，因為EUV使用的復雜相移光罩最終將膨脹至目前浸潤式光罩價格的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獲得了3,500萬美元的政府資金。他希望在2年半內打造一套能應用于立基市場的商用系統(tǒng)，但適于大量生產的版本還需要更長的時間。

Imec認為，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工藝制造。使用內存數(shù)組與內建嵌入式操作數(shù)件的實驗芯片可能具有更高的容錯能力，例如IBM的True North芯片，以及惠普實驗室(HP Labs)以憶阻器打造的成果。

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