EUV又遲到　專家看好「定向自組裝」

3/7/2011
幾年前，定向自組裝技術(Directed self-assembly, DSA)還是一出實驗室大門，就幾乎無人知曉的名詞，但未來，它將成為半導體製造業中的一種合法競爭技術。

“你絕對不能忽視定向自組裝，”應用材料公司(Applied Materials)公司一位技術專家Christopher Bencher說。在今年3月初的SPIE先進微影大會中，Bencher建議，應該將DSA從新興微影技術的列表移到‘現階段’的技術清單中。

在SPIE中，Bencher提出了與IBM共同研究、小於15nm半間距單元的自組裝圖案資料。Bencher指出，雖然微影專家們一直熱衷於DSA，但最大的考量仍然是缺陷密度。Bencher的專案展示了使用DSA在300mm晶圓上建構12nm線路/空間(line/space)架構，而‘差排’(dislocation)缺陷僅不到1%。

該專案也針對數以百計的粒子缺陷進行了測量，然而，據Bencher表示，由於使用DSA所導致的粒子缺陷，與使用任何新製程技術所面臨的並無不同，而且，透過在晶圓廠進行更好的過濾，還能進一步減少粒子缺陷。Bencher的專案主要針對差排缺陷，因為這是新型的、DSA固有的缺陷，他表示。

“能夠更好地控制缺陷，為我們指明了讓DSA技術更加可行的發展方向，”Bencher說。

DSA技術是將塊狀共聚合物(block copolymer)或是聚合物混合物(polymer blend)沉積在基板上，通常採用旋轉塗佈，並經由退火過程以‘指揮’其形成有序的結構。研究人員指出，DSA相容於傳統的193nm微影設備，不再需要雙重曝光步驟。

DSA在2007年首次以關鍵層微影領先技術之潛力解決方案的角色出現在國際半導體技術藍圖(ITRS)。該技術也被認為能作為下一代微影候選技術的補充，如超紫外光(EUV) 微影和奈米壓印微影等。

但即使是最熱心的支持者也不得不承認，就算是在最佳情況下，DSA技術也得經過很多年才能被用於CMOS量產。在DSA技術必須克服的數百種量產障礙中，缺陷密度僅是其中一種而已。

材料供應商JSR Micro Inc.研發總監Yoshi Hishiro預估，DSA要用於利基型CMOS的量產至少還要2~3年。

SPIE的與會者對EUV技術前景憂心忡忡。EUV一直被認為是取代光學微影的領先技術。英特爾希望在10nm技術節點使用EUV技術，但稍早前該公司的微影技術總監稱EUV趕不上10nm設計規則的定義腳步(參考：英特爾：EUV技術恐趕不上10nm節點進度)。EUV微影工具的發展時程仍然落後，幾位出席SPIE的專家們也對EUV仍然在處理‘基礎物理’問題深表關切。

DSA可能應用在殊領域

就算EUV技術無法順利商用化，仍然有一些技術可用於未來的晶片微縮，其中便包含了DSA。但部份業界人士認為，即使EUV已用於高階、主流邏輯晶片的量產，DSA和其他技術仍然可望在未來發揮其他作用。

“如果自組裝邁向商業化，它可以在一些領域盡情發揮優勢，”JSR Micro Inc.總裁Eric Johnson說。Johnson建議，DSA擁有比EUV量產成本更低得多的潛在優勢，它應該能用在更多領域，如用於具有固定電路架構、對成本敏感的快閃記憶體量產，DSA對這類市場應該很有吸引力。

JSR稍早前才針對次20nm半間距節點推出了DSA技術，這是該公司與IBM研發協議的一部份。儘管目前大多數已知的DSA研究都是運用塊狀共聚合物(block copolymer)，但JSA採用共混聚合物，以達到更高的穩定性，而且有能力進行濕式蝕刻處理，Hishiro表示。

DSA在去年的SPIE先進微影大會上曾造成轟動，有超過 10篇論文以此為主題。今年其熱門程度不減，包括應用材料的Bencher在內，一些專家都建議應該將該技術從實驗室轉移到商用開發領域。

“我對最近該技術的進展相當滿意，”JSR的Johnson說。“最近的進展相當令人振奮。”

除了Bencher的演說，其他參與SPIE的專家還包括IBM的Joy Cheng、JSR Micro的Hayato Namai和威斯康辛大學的Charlie Liu，均詳細報告了DSA研究的進展。Cheng特別介紹了IBM與加州大學聖塔芭芭拉分校共同進行的專案中，對製程窗口和關鍵尺寸一致性所做出的改良。

麻州大學教授Thomas Russell詳細描述了使用DSA建構可測量完美架構過程中所遭遇的挑戰。Russell提出了幾項主要挑戰，並表示就DSA所能建構的最小架構而言，也許存在著基本侷限。

Russell還指出，在研究方向轉移到更小尺寸架構和薄膜之際，要達到蝕刻對比也更加困難。“我認為這將會是一大挑戰，”他說。

編譯： Joy Teng

(參考原文： Momentum builds for directed self-assembly ，by Dylan McGrath)