平版印刷术使用了极端紫外线,使芯片制造商能在更长的一段时间内保持跟摩尔定律与时俱进的势头——
在芯片制造业的发展过程中,曾经产生过大量的假警报,认为芯片的发展快到了尽头。然而现在看来这些假警报要变成真的了,至少,比已往任何时候都像是真的。事实情况是,就像人们所知道的那样,硅片正越来越逼近其物理极限。目前的光学投影平版印刷术是使用光来把电路融刻在硅条上的,这种技术很快就将达不到产品的设计要求。因为它使用的是光,在光波的波长限制下,它无法融刻出宽度小于0.1微米(即千万分之一米)的电路。显然这个宽度听起来或许非常小,但是它对于经过几十年来一直按照摩尔定律发展的半导体工业来说,还是太宽了。现在的半导体工业要求能印刷出更细的导线,以使芯片能容纳下越来越多的电路。
由英特尔公司的创办人之一戈登 · 摩尔(Gordon Moore)发现的规律,虽然是完全根据经验得出的,但却极具预见性。摩尔宣称,计算机芯片所能容纳的晶体管数目(处理数据的能力)每18个月增加一倍。芯片的发展速度保持摩尔定律的水平,其重要性再怎么强调也不过分。摩尔定律不仅衡量着芯片制造商的技术能力,而且它还是半导体工业自身的商业推动力。该怎么做?一个选择是停止使用硅。英特尔公司已经对用更薄的铝、钛以及钽的氧化物来制作晶体管门以代替氧化硅的可能性进行了研究。IBM公司还曾经尝试用碳纳米管(碳纳米管是由碳原子组成的中空的圆柱体)来制作晶体管。但即使是硅和纳米管的混合体所制成的集体管也要等到五年之后才可能出现。
因此,最主要的芯片制造商都把精力集中于改进印刷工艺之上而不是改变材料(见图)。人们对光学投影平版印刷技术的几个替代技术进行了检验,X-射线和激光就是其中的两种,但是表现最佳的还数极端紫外(EUV)平版印刷技术。紫外线的波长比较短,它能够更加集中地汇聚,使紫外线可以把电路融刻得只有0.03微米宽。这可以使得工业界在2005年之前制造出主频为10 G赫兹的微处理器,而目前微处理器的主频仅为1.5 G赫兹。这样一来,芯片制造业就能够赶得上摩尔定律的步伐了。
不幸的是,EUV平版印刷技术非常复杂。紫外线可以很容易地被气体吸收,所以加工过程需要在接近真空的环境中完成。而且,紫外线在照射真实的芯片之前必须要在一系列光反射罩之间反射,反射的次数不得少于9次。此外,芯片必须要保存在无尘环境中。根据目前的实践经验,如果芯片上留有灰尘,那么这些灰尘就会干涉反射像的形成。
为了解决这些问题,1997年美国能源部(位于哥伦比亚特区华盛顿)以及位于加州的三个国家实验室会同美国芯片制造业协会(包括英特尔公司、AMD公司和摩托罗拉公司)建立了关于极端紫外线的合作联盟,2001年早些时候IBM公司也参加了进来。三月份,英特尔公司宣布光反射罩研制成功。现在,这个合作联盟还公开了应用EUV平版印刷技术制造芯片的第一台样机。
尽管如此,芯片制造商们还准备另辟蹊径。IBM公司正在与日本光学设备制造商尼康公司合作开发利用电子束平版印刷技术制造芯片的新工艺(利用电子而不是光来蚀刻芯片)。这种工艺将在2003年上半年开始用于制造半导体,与此同时,EUV设备将开始接受用户的检测。看来,至少在下一次假警报到来之前,摩尔定律还是适用的。
[The Economist. com,2001年6月21日]