正文
Mark Montgomery/ ASML
锡动力：为了生成 EUV，ASML 的光源需要用脉冲激光，照射快速射出的锡液滴流。这个过程始于加工车间的地下，在里面可以生成两组激光脉冲。每个锡液滴先被一束预脉冲照射，变平；然后再由主脉冲照射，被加热后生成等离子体。装置里有一面收集反射镜，负责将生成的射线导入到光刻机中。
巨头入局
在 EUV 上面烧钱的不只是 GlobalFoundries 和 IBM 两家。2012 年，英特尔、三星和台积电（TSMC）为 ASML 的下一代光蚀刻技术募集了 13.8 亿欧元的研发经费，同一项合约中，ASML 也用无投票权的股份换取了 38.5 亿欧元。ASML 的 Meiling 估计，公司里大约有 4000 名专注 EUV 项目的员工，这还不算其他半导体公司和自身有 EUV 项目的研究机构里的人数。
对 EUV 技术下了如此大手笔，不仅是因为技术本身的难度，更是因为半导体厂商愈发坚信，在不久的将来，他们很可能会因为没有 EUV 技术而止步不前。如果你去问台积电负责 EUV 光蚀刻开发的 Anthony Yen，EUV 对于摩尔定律的重要性时，他一定会非常肯定地强调：“肯定重要。百分之一百重要。非常非常重要。” 台积电希望自家的 5nm 工艺芯片产线能在五年后使用上 EUV 技术。
至于现在，EUV 还存在一些工程上的挑战。Yen 面对的首要问题就是保护掩模板（像模板一样的平板，上面有待印刷的图案）。如同 EUV 光刻机里面的其他元件一样，掩模版也是带有反射性的。于是，棘手的反射系数又成了问题。
在 193nm 的浸蚀机中，掩模版由一层被称为护膜的薄膜保护着。这层薄膜距离掩模版有一点悬空的距离，像保鲜膜一样紧绷在上方。在当前的工艺尺寸下，一个肉眼看不见的小灰尘，仍然可以影响几百个晶体管的曝光。多亏了光学技术的发展，如果有一粒灰尘落到了保护膜上，保护膜就会因为无法聚焦而不能在晶圆上形成图案。
不过 193nm 的护膜并不是为 13.5nm 的光所设计的；因为在这种波段下透明度不够高，EUV 很快就会损坏护膜。ASML 原计划制造不带护膜的光刻机，但是芯片厂商还是担忧可能带来的问题。“如果一粒灰尘落到了掩模版上”，Yen 解释道，“晶圆上面的每一块晶片都会被损坏，最终良品率可能为零。” 日积月累后，取决于生产的晶圆数量，可能损失掉价值几万甚至几十万美元的芯片。
于是，ASML 便开始了持续的研究，意图制造出能够抵抗 EUV 破坏的护膜。这种护膜的透光度必须尽可能地高，这样光源在到达掩模版的时候就可以几乎不发生损耗。这种情况下难度几乎翻了一倍：因为 EUV 的掩模版反射系数比透射系数要高，所以光必须穿过护膜两次：一次进入，一次反射出。
在潜在客户接纳 EUV 技术之前，这项技术还有一些其他的挑战需要解决。其中一个就是制作无错的 EUV 掩模版，并用高效的方式验证这块掩模版是完美无暇的。另一个问题是光刻胶，它是一种光敏材料，被覆在晶圆表面，接收掩模版的图案。
现在使用的光刻胶，即化学放大光刻胶，由分子链聚合而成，可以增强入射光子的效果。但是 EUV 光刻胶创业公司 Inpria 的 CEO Andrew Grenville 解释道，这些材料对 EUV 的吸收效果并不好。此外，由于入射光引起的放大反应在材料内部散射，光刻胶形成的图像会有轻微模糊。为了能实现比当前技术更精细的线路图案，Grenville 说，“你必须有尺寸小得多而且更可靠的制造模块”。Inspria 正在努力研发一种新型光刻胶，它由更小的锡氧化物组成，吸收 EUV 的效果是之前的五倍，而且线路图案也不会受放大影响。
这些技术还来得及让摩尔定律永久或者短期地存续下去吗？光蚀刻专家 Chris Mack 对于这些技术在 2018 年能被半导体厂商采用，深表怀疑。新一代芯片的生产计划往往提前好几年就会开始。他评论到，在短短几年内就承诺能用上 EUV，“风险太高”。
Mack 是著名的 EUV 技术批判者，还曾用他的莲花跑车同这项技术打赌。不过他也承认 EUV 技术还有 “一丁点希望”。
半导体厂商在步履艰难地减小线路尺寸的同时维持成本；每一代芯片成功流片的时间拉的更长；芯片工艺尺寸的减小也不像以往那样激进。
这些困难可能会给 EUV 一个机会，他说：“摩尔定律的变缓可能真的会给 EUV 足够的时间迎头赶上。”
足够的时间，也就是在摩尔定律被成本折磨到止步之前。Mack 说，EUV 当然可能会走到它被广泛接受而且能降低生产成本的那一天。但他也说，到了那个时候，下一代的先进芯片的制造成本可能过高，而所带来的性能优势不够明显，以致于半导体厂商不会选择这种技术。Mack 还表示，现在已经出现了上一代芯片制造工艺存活时间更久的情况，“我觉得我们可能看到市场的分化，许多公司在从事不同的业务。”
如同过去一样，摩尔定律的命运不仅取决于芯片工艺的尺寸，也取决于物理学家和工程师，对生产出的晶体管和电路可以改善到何种程度。即使从一束快速激射出的锡等离子体上发出的亮光，也不能明示，世间最伟大的技术蝉联取胜会到何时终止。但它可能会为前路照亮一点光。
via
IEEE
