可愛動物(電子書)

衝破晶圓製造瓶頸的一滴水


藉由水的協助，讓半導體業者得以在不更動現有製造流程的情況下，製造出更小、更快的晶片。

撰文╱斯蒂克斯（Gary Stix）

翻譯／鍾樹人


物理學家阿米西（Giovanni Battista Amici）曾在義大利佛羅倫斯的實驗室裡，把一滴液體加在標本上方，藉此改善顯微鏡的成像品質。現在，過了165年，全球的半導體產業才準備好要採納阿米西的創新技術。把晶片浸在淺薄的液體層中，製造出的電路線寬，可望媲美病毒大小。


19世紀與21世紀相遇了，這種舊瓶裝新酒的辦法，恰好可做為摩爾知名論文發表40週年的大禮。身為英特爾創始人之一的摩爾，就是在40年前，發表了半導體產業最舉足輕重的技術論文：〈在積體電路上置入更多的元件〉。摩爾預測晶片上的電晶體數量，每隔12個月就會倍增（之後修改為每24個月）。這項預測後來變成了鐵律，就好比一條自然法則，只要晶片的性能無法持續每兩年達到指數成長，半導體產業似乎就會蒙受某種未明、但肯定悲慘的傷害。


有關新一代晶片製造技術的種種計畫，陸續撞上了看似難以克服的障礙，若非水的出現，晶片技術的進展早已跟不上摩爾定律的腳步了。2002年，晶片製造商與供應商，在發展微影技術機台時，都未能跨越關鍵的里程碑。微影技術機是全世界最精密的照相機，可把電路的影像投射在覆蓋於矽晶圓上的光阻劑，然後，用顯影劑移除曝光的部位，再由蝕刻藥劑把電路刻到晶圓上，之後晶圓即可被切割成一個個晶片。


想縮小晶片上的電路，最常見的方法包括縮短光波波長，使機器能在晶圓上投射出較小的電路。微影技術工具的製造商，在製作可投射157奈米波長機台的過程中，遇到無數困難。要從一代微影技術升級到新一代，必須採用全新的雷射、光罩（鏤空板，可讓雷射在晶圓上投射出電路樣式）、可縮小影像與曝光位置的透鏡，還有光阻劑。但是在157奈米之下，儀器製造商無法以氟化鈣琢磨出合適的透鏡，要不是缺陷太多，就是像差太大，無法在晶圓上清楚成像。IBM微電子先進微影技術開發部門資深經理龔巴（George A. Gomba）就指出：「材料品質與製造量都面臨重大的問題。」


2002年夏天，在半導體研究聯盟（Sematech）主辦的157奈米微影技術的研討會上，這個技術出現重大進展。全球第一大晶圓代工廠台積電的資深處長林本堅（Burn J. Lin），在會中發表有關浸潤式微影技術（immersion lithography）的演說。這項技術源自阿米西的創意，早在1980年代任職於IBM時，林本堅就已經開始研究。他原訂在會中講述浸潤原理，說明某種黏稠的機油在157奈米技術上的可能應用。不過他整個演講卻都在解釋，為什麼微影技術在157奈米下不可行，並力主業界應該把焦點放在如何將浸潤技術運用於193奈米機台上，也就是前一代既有的微影技術設備。