芯片制造突破30纳米 莫尔定律延续成为可能

    远紫外线光刻技术能让芯片制造商生产尺寸小于30纳米的电路，而这也让摩尔定律的延续成为可能  

　　对摩尔定律的担忧从上世纪90年代就开始了，连英特尔公司也感到了压力。该公司制造技术部副总裁兼制造技术工程部总经理Jai Hakhu在日前举行的3i iSight Semiconductor Event(由风险投资公司3i公司和无晶圆厂半导体协会共同发起的会议)上警告，“如果半导体设备供应商不能设计出创新的和可承受的解决方案，摩尔定律将会受到阻碍。”  

　　要让芯片中的晶体管数量每隔18个月翻一番，就必须实现在一个硅晶圆上加载更多更小的晶体管和更精细的微结构。芯片行业的风向标英特尔公司的“2009年32纳米、2011年22纳米”的规划向我们表明了这种趋势，但技术人员都深知，他们必须把希望寄托在一些切实可行的技术上。英特尔在8月3日公布的两项成果让人们看到了一些希望。  

　　这两项被英特尔称为“里程碑式的突破”的成果均在EUV(远紫外线，或者极紫外线)光刻技术领域，该公司安装了全球第一套商用EUV光刻工具，并建立了一条EUV掩膜试生产线。简单来说，EUV光刻技术就是用远紫外线来实现芯片制造的光刻工艺。英特尔的工程师宣称，他们已经运用该技术“朝着2009年实现32纳米制程的方向迈出了重要的一步”。英特尔技术和制造事业部组件研发总监Ken David表示：“这将有助于我们继续将摩尔定律的优势在未来十年得到延续。”

    光刻是芯片制造中最关键的制造工艺，它能将设计好的电路“刻”到硅晶体上，就好像用微型画笔在硅晶体上绘制微细线条一样。半导体工业的精髓也正在于此。IC(集成电路)设计把人们想要实现的功能转化为一张张设计图，微缩摄影则把这些设计图制作成极细微的光刻掩膜。当硅晶片被依次铺上绝缘层、光刻胶以及光刻掩膜之后，紫外线就能透过掩膜并按照人们的意愿在硅片上画线(也被业内人士形象地称作“印刷”)，最终通过一些化学处理在硅晶片上形成裸露的电路。  

　　不得不承认，用光来充当画笔是一个极好的主意，因为在发明这种方法的第一天，科学家就为今天的研究埋下了伏笔——可以寻找波长更短的光波来充当更细的“画笔”，在芯片上“画出”日趋缩小的电路。波长仅为13.5纳米的远紫外线正是研究者们手中的武器，要知道，当前普遍用于芯片制造的光刻波长是193纳米！正如英特尔公司表示的，EUV光刻技术将使它能“印刷”尺寸小于30纳米的电路。相比之下，今天在英特尔制造工厂能“印刷”的最小尺寸为50纳米。  

　　国际上的芯片巨头和研究机构早就盯上了这项技术。早在1997年，英特尔、AMD及摩托罗拉就成立了名为EUV LLC的半导体企业联盟，随后，英飞凌、Micron及IBM也陆续加入，这个联盟一直与美国的三个国家实验室合作以推动EUV光刻技术的前进。在欧洲，蔡司、ASML和牛津公司正在共同进行研究；而在日本，尼康、佳能等光刻工具领域的龙头供应商也已投入了更多的关注。  

    尽管各大巨头已经为此技术投入了上亿美元的研发费用，尽管摩尔定律的远景让人感到急不可耐，但要真正运用远紫外线批量“作画”的努力肯定是长期的。远紫外线的短波长让它倍受亲睐，也让研究者们感到了困惑—这种波长更短的紫外光大多会被用于聚焦的玻璃透镜吸收，而无法顺利地抵达晶圆表面并刻出图案。研制捕获这种光的装置十分困难，再加上其它光学元件也需要针对这种光波做复杂的改变，直至2003年，全球第一款EUV光刻原型机才在美国问世。  

　　英特尔表示，如今商用EUV光刻工具的采用表明“该技术已从研发阶段进入试用阶段”，英特尔对这项技术正式投产的时间预期是2009年。但它没有透露实现这项技术的成本细节，而成本将是未来EUV光刻技术是否能真正推动摩尔定律延续的关键因素之一。正如Hakhu所说，“在全盛时期结果最重要，因为不会过多的考虑成本”，但“关键因素仍是半导体制造商可否承担得起，我们需要的是能在制造阶段承受得起的解决方案。”