過去開發的半導體世代技術，很清楚地以製程技術和材料選擇來定義所謂的「贏家」。然而當尺寸微縮到小於14nm時，似乎有多種技術可以被選擇。舉例來說，對微影技術而言，可能可使用的技術包括進一步擴大 193i 的適用領域、採用極紫外線微影技術、定向自組裝技術（ Directed Self Assembly, DSA），無遮罩微影技術（Mask Less Lithography, ML2）等等。至於電晶體的尺寸微縮，它可能是非平面元件結構和非矽材料（例如，III-V族）之組合。但它也可能意味著根據不同的應用，各家公司可能想要選擇非傳統的微縮方案，例如3D整合。

微影：對所有的選項持開放態度

浸沒式微影在193 nm仍然非常活躍 – 當工業界努力將極紫外線微影技術完備，以進入量產階段的時候，Nikon一直維持它在193的領先地位，並不斷改良193的能力以支援多種圖形和其他即將被使用的技術。「還不到宣布193i的死期」，根據美國Nikon Research Corporation資深研究科學家Stephen Renwick的評論，「當我們要進入10nm和7nm的時候（圖一、二），它仍然是一個非常活躍以及可行的選擇。」作為浸沒式微影技術的延伸，該公司的S622D型號已經開始出貨，並且正應用在14nm節點上，同時使用者希望能將它應用到10nm的邏輯節點上。Renwick 說，「S630D即將問世，並擬用到10nm並擴展到7nm的邏輯節點。」

圖一：微影技術的發展趨勢。資料來源：Nikon


圖二：不同節點之選項。資料來源：Nikon

Nikon一直在評估一項次世代微影技術（next-generation lithography, NGL），就是所謂的定向自組裝（DSA）技術。它內含的掃描器可以製作出引導圖樣，指引塊狀共聚物（copolymer）進行自組裝的動作，預期可對193浸沒式掃描儀帶來額外的性能要求（例如，疊加overlay，CD均勻性）以製作出引導圖案。

Rathsack等人於論文中（Adv. Litho. 2012, Proc. SPIE, #8323）已經使用100nm的標記圖案做出12.5 nm的線條／間隔，這大約是7nm節點的要求。據Renwick所述，要滿足這些DSA在7nm的要求，193i掃描儀的疊加程度必須≤ 2nm，以及個位數的CDU – 這些要求該公司都能夠實現。

除了Nikon以外，還有其他組織努力擴大193i微影技術，讓它具有互補解決方案，例如DSA和無遮蓋微影功能（ML2）的是CEA – Leti組織，包括其IMAGINE（為ML2）和IDEAL（為DSA計畫。IMAGINE計劃的目的是開發和工業化高生產力的電子束無遮罩微影技術，該技術是由MAPPER Lithography所開發。成員包括：MAPPER、台積電、意法半導體、日產化學、TOK、JSR Micro、SOKUDO、TEL、Mentor Graphics、以及Aselta Nanographics。據CEA-Leti的微影技術經理Serge Tedesco所述，ML2在低量與中量生產上的製作成本得以減少。Tedesco跟SEMI說，「這種技術對處理越來越困難的臨界層（如接觸層）以及互補式微影的截斷層（cut level）來說應該頗具吸引力」。

就目前而言，IMAGINE計畫中預產原型機Matrix 1.1平台正穩步地建立。在Leti的安裝作業自2013年7月開始，預定首次曝光的時間是2014年6月。Matrix 1.1包含1300x49組電子束以達到1wph的生產目標。此原型機生產平台的規格與量產版（即32nm的L/S，10nm的疊加）是相同的。為了搭建該平台的基礎設施，Leti也將該平台與SOKUDO DUO Track聯結起來。與光阻供應商的工作正持續進行，同時電子束臨近效應修正（e-beam proximity correction, EPC）的數據庫正由Aselta建立 – Aselta是一家由Leti衍生的新創公司。此外Mentor Graphics和MAPPER宣布了一項合作夥伴關係計畫以支援Matrix的數據格式。

原型機的下一階段目標是使用13000組電子束來達成10wph的生產能力Matrix 10.1）。Matrix平台的發展路線圖將10.1的開始時程放在大約Q4/14直到Q1/15。在此之後是高量產的設備開發---Matrix 10.10---它將包含10個10wph/module的模組，總生產量將達到100wph（圖三）。

圖三：IMAGINE路線圖。資料來源：CEA-Leti

至於Leti 的DSA計畫，Tedesco報告說，其IDEAL方案在材料和製程整合方面都有所進展。Tedesco說，「最小線寬、CD 的控制和缺陷等參數都控制在能夠實施該技術的範圍內」。他補充說，合作夥伴如TOK，ASML，和Mentor Graphics將確保基礎設施建立完備。

另外有關 DSA 部分，另一個名為 PLACYD 的歐洲計劃已經在今年稍早的時候由 Arkema、Leti以及其他九個歐洲合作夥伴共同發起。該計畫將在Arkema（在法國Lacq）設立一條專用的材料試產線以提供DSA微影技術需要的模塊共聚物。計畫目標是提供被精確定義、具有高純度並且可以用工業規模大量生產的材料。關於ML2和DSA的未來，Tedesco抱持相當樂觀的態度，他說道「互補同時符合成本效益的解決方案，如DSA和 ML2，將可以延長193i 的應用到遠遠超出原先預期的時限。」

目前可能還不太清楚當電晶體微縮到接近5nm節點的時候需要解決的問題有那些。材料方面有許多一定要做出的選擇，也就是基板、通道和柵極材料。還有許多不同類型的元件結構 － 包括 FinFET、柵極全包式，甚至是非常規的選擇，例如隧道場效應管 (Tunnel FET) 和Nanowires – 由元件的應用區隔很難預料何者可以勝出。

原文請參閱《半導體科技雜誌 SST-AP Taiwan》

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