國際半導(dǎo)體技術(shù)藍圖（International Technology Roadmap for Semiconductors；ITRS）是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)需求15年展望的參考文檔，該檔案概括了產(chǎn)業(yè)的技術(shù)挑戰(zhàn)，提出了可能的解決方案，然后再由半導(dǎo)體制造商和設(shè)備材料供應(yīng)商接手來去決定選擇哪一種技術(shù)和執(zhí)行細節(jié)。

而ITRS 2005 update是自1998年以來歐、日、韓、臺灣及美國研究人員合作下的第八個版本，今年底將會有第九個版本（ITRS 2006）產(chǎn)生，而這幾年的更動包括了預(yù)測了DRAM半間距（half-pitch）每3年有30％的遞減，與摩爾定律所預(yù)測的每片IC上晶體管數(shù)量每兩年倍增的預(yù)測一致，以及對諸如MPU柵長（Gate Length）、金屬層間介電常數(shù)Ｋ值演進中所會遇到的技術(shù)瓶頸上的挑戰(zhàn)，也做出完整的遠景勾勒，并且替SoC/SiP時代半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的各種驅(qū)動力和有效微縮方法提供更合理的規(guī)劃藍圖，本文將藉由ITRS 2005 update，探討主要制程技術(shù)的現(xiàn)況、趨勢以及市場走向。

193納米濕浸式引領(lǐng)微影技術(shù)

自從1965年英特爾（Intel）主要創(chuàng)始人摩爾提出了“隨著芯片上電路的復(fù)雜度提高，芯片數(shù)目必將增加，每個芯片的成本將會每年下降一半”，然而經(jīng)過40年之后，假設(shè)摩爾定律仍持續(xù)適用于未來，那么光學(xué)顯影就會面臨到許多發(fā)展瓶頸，在KLA-Tencor公司的副總經(jīng)理Chris A. Mack的一篇論文中，就指出（乾式）傳統(tǒng)微影的數(shù)值孔徑（Numerical Aperture）也許將會很快達到0.9數(shù)值孔徑，已經(jīng)非常接近理論極限值，而且數(shù)值孔徑增加會使聚焦深度減少，反而不利于量產(chǎn)；此外，改變波長的成本相當昂貴且會受到光阻成熟度所限制；不管使用四柱型（quadrupole）或是環(huán)狀、交叉式四柱型（cross-quadrupole）的光源，在分辨率方面都會有不同制程問題存在，所以每個世代的制程范圍（process window）通常會縮小30％，造成制程世代轉(zhuǎn)移時，生產(chǎn)良率上更大的沖擊。

下一世代主流微影技術(shù)中，包括157納米、193納米濕浸式還有及極紫外光（EUV），最后誰能勝出呢？或許ITRS 2005 update版本已經(jīng)下了批注，采用193納米波長光源的濕浸式微影技術(shù)，憑借著可以繼續(xù)沿用現(xiàn)今193納米微影設(shè)備的優(yōu)點，除了節(jié)省設(shè)備制造商以及制程采用者大量研發(fā)及導(dǎo)入成本之外，還擊敗開發(fā)過程問題重重的157納米光源的乾式微影技術(shù)，正式成為ITRS中65納米制程技術(shù)的主流微影技術(shù)。甚至認為193納米波長的曝光系統(tǒng)（包括193納米濕浸式系統(tǒng)）將成為未來兩個技術(shù)世代的主流解決方案，業(yè)界如果研發(fā)出高折射率的液體與透鏡材料，藉此將濕浸式技術(shù)延伸到水以外領(lǐng)域，那么濕浸式微影制程將會具備繼續(xù)挑戰(zhàn)45納米，甚至在32納米與22納米的環(huán)境中成為一個具潛力的解決方案。

雖然說濕浸式微影設(shè)備初期液體是采用水，但未來45納米以后，則需要進一步提高數(shù)值孔徑，此時就會需要折射率比純水更高的液體，目前包括JSR、三井化學(xué)都已經(jīng)公布候選材料。JSR所開發(fā)出
 
來的液體，其折射率可以達到1.64；而三井化學(xué)所開發(fā)的液體，折射率為1.63，與JSR不相上下，兩者都已經(jīng)通過32納米微影制程考驗。

現(xiàn)階段在光學(xué)微影這個產(chǎn)業(yè)，主要有艾司摩爾（ASML）、佳能（Canon）、尼康（Nikon）3家主要業(yè)者，以及一家小型業(yè)者Ultratech Steppers，而艾司摩爾在2001年5月22日購并了第四大微影廠Silicon Valley Group Inc.（SVG），這舉動使得艾司摩爾一舉躍升成為全球第一大的微影設(shè)備廠，并在過去2年內(nèi)成功打下主要客戶群，2005年全球市占率高達55％。

至于近期艾司摩爾（ASML）已經(jīng)有可以沿用到40納米以下的TWINSCAN XT：1900Gi（數(shù)值孔徑1.35）推出，這是該公司的193納米濕浸式微影設(shè)備第四代產(chǎn)品（前三代分別為XT 1250D、XT 1400F以及XT 1700Fi），截至2006年第一季全球已經(jīng)銷售了14臺濕浸式微影設(shè)備，設(shè)備平均銷售價格約為3,000萬美元上下。

至于市占率29％，排名全球第二的尼康也推出S610C（數(shù)值孔徑1.30），采用Tandem Stage 技術(shù)，這是該公司的193納米濕浸式微影設(shè)備第五代產(chǎn)品（前四代分別為S307E、S308F、EET、S609B）對抗。

根據(jù)市調(diào)機構(gòu)Dataquest資料預(yù)估，2006年微影設(shè)備市場約較2005年成長17％，達58.5億美元，然后持續(xù)成長至2008年，但2009年之后因為半導(dǎo)體景氣衰退，導(dǎo)致銷售減少，但整體市場仍會高于70億美元以上。至于193納米濕浸式微影設(shè)備今年全球約銷售1520臺，未來由于制程技術(shù)持續(xù)推展，銷售數(shù)量遽增，預(yù)估到2010年全球銷售量將會到達120臺水平。

銅制程需求　CMP設(shè)備銷售持續(xù)攀高

當半導(dǎo)體元件的尺寸愈來愈小及導(dǎo)線層數(shù)愈來愈多的趨勢襲來，電阻/電容時間延遲（RC Time Delay）將嚴重影響整體電路的反應(yīng)速度。為了改善隨著金屬聯(lián)機線寬縮小所造成的時間延遲以及電子遷移可靠性問題，選擇銅導(dǎo)線材料取代先前的鋁合金，是有其必要。銅制程使金屬導(dǎo)線層可以大幅度減少，以降低內(nèi)聯(lián)機的復(fù)雜度，而且制程成本可以減少約2030％。

由于銅金屬本身具有不易蝕刻的特性，無法像鋁合金金屬一樣，以乾式蝕刻的方式制作出導(dǎo)線圖案，使得制程技術(shù)由早先的金屬蝕刻（Subtractive Etch），演變?yōu)槲g刻介電層的銅嵌入式制程（Cu Damascene）。這種嵌入式制程，需將高質(zhì)量的銅金屬填入高深寬比的溝渠之中，故CVD和PVD方式不適合銅金屬沉積，反而是傳統(tǒng)電鍍（Electroplating）銅技術(shù)比較適合，由于在電鍍完銅之后，表面上會留下許多包括刻痕、凹陷、殘留顆粒等狀況，所以必須采用CMP的化學(xué)機械研磨方式來使晶圓表面平坦化。

CMP為半導(dǎo)體制程上主要的全面性平坦化技術(shù)，尤其其方式是將晶圓放置在承載體（Carrier/Head）與表面鋪有拋光墊的旋轉(zhuǎn)工作臺之間，延著一條輸送管，將會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)助劑（reagent）不斷地噴出，在化學(xué)蝕刻與機械磨削兩者相互作用下，將芯片上凸出的沈積層，加以去除的一種平坦化技術(shù)。

而對于CMP制程的要求有二，第一是材料的選擇，因為在研磨中不同的材料的消耗速率皆不相同，因此有可能會造成銅導(dǎo)線的淺碟效應(yīng)（Dishing）產(chǎn)生，最后使得銅變薄，進而增加電阻，影響到良率。第二則是如何在制程中防止銅的氧化，因為氧化層的腐蝕，造

成氧化層變薄而電容值增加，最后結(jié)果對于生產(chǎn)良率也會有影響。

CMP早期主要的領(lǐng)導(dǎo)廠商是SpeedFam IPEC，不過由于錯估形勢，導(dǎo)致市場轉(zhuǎn)向由應(yīng)用材料（Applied Materials）、Ebara以及SpeedFam；但1999年起，應(yīng)用材料開始主導(dǎo)市場，占有超過70％以上市場，這段期間科林研發(fā)（Lam research）退出市場，SpeedFam IPEC被諾發(fā)系統(tǒng)（Novellus）購并 應(yīng)用材料開始主導(dǎo)市場，占有超過70％以上市場，應(yīng)用材料在2004年推出電解研磨型CMP設(shè)備〝Reflaxion LK〞，與以往傳統(tǒng)CMP不同的是并非是通過研磨壓，而是通過電荷控制去除率，也因為不是使用研磨劑，而是使用電解液，不僅可以降低消耗品成本，而且由于研磨壓變得更低，還可以延長墊片等壽命。

由于12寸廠興起以及未來DRAM供應(yīng)商的65納米技術(shù)的應(yīng)用，將帶動CMP設(shè)備的市場銷售持續(xù)攀高。

2006年CMP設(shè)備市場約較2005年成長約10％，達美金11.3億，至于2007年市場則與2006年相比，沒有太多變化，比較有可能爆發(fā)的時間點應(yīng)為2008年，因為到時候DRAM業(yè)者在進入65納米制程后，CMP的設(shè)備需求將大增，而市場值可會高達18億美元之譜，續(xù)創(chuàng)歷史新高。