设备和材料的优化与选择

半导体器件生产设备面临的挑战类似于半导体器件制造商面临的挑战：结构尺寸缩减，三维结构增多，对基板性能的要求更高，高产量要求和异质集成的要求。下面给出半导体器件生产设备面临的主要技术挑战。

（1）光刻技术

极紫外（Extreme Ultraviolet，EUV）光刻技术正逐步迈向32nm节点的产业应用。为了满足产业要求并能与EUV工具进行竞争，有必要提高晶片的生产量和元器件的寿命，并改善电源以减少元器件的成本。在EUV掩膜的生产中，尤其是污染控制方面，仍需进一步努力。更具部分业内人士的看法，相对于其他竞争性的技术而言，32nm节点EUV光刻技术的一个主要优势是，它能延伸至22nm节点，甚至是尺寸更小的节点。

同时，浸没式光刻技术仍然是实现32nm光刻的一个选择，尤其是当浸没式光刻技术采用高折射率流体和镜片材料，并与双重图形技术相结合时。

无掩膜电子束光刻已经被用于工艺开发和原型制备，尽管它的产量非常低，以至于它不可能用于半导体器件的大规模生产。并联无掩膜电子束操作是否能把无掩膜电子束光刻的生产率提高至足够高的水平，至今仍无明确的答案。

已经出现了不基于光敏抗蚀剂成像的新型图案方法。纳米压印就是最突出的一个例子。这些方法在芯片生产中的效果仍有待检验；它们更有可能应用于超摩尔技术领域。

（2）晶片加工设备

为了迎接半导体器件制造业未来的挑战，晶片加工设备必须满足两大要求：可制造性及对新工艺和新材料的适应性，这不仅是为了满足多摩尔技术的要求，还要特别地满足关于超摩尔技术的要求。进一步的研究课题包括：

1）开发并应用新型的晶片刻蚀、清洁和沉积技术；

2）应用新的化学试剂和材料；

3）最小化加工导致的晶片/装置损害；(www.xing528.com)

4）降低热成本；

5）革新容器原位清洁工艺；

6）提高步长覆盖率；

7）改善高长宽比结构的填充性能；

8）改善电介质和金属结构的平面化技术；

9）接口工程。

（3）超越摩尔设备

超越摩尔技术要求设备能够实现异质集成和异质装配。当把所有的系统集成在封装中的单个硅芯上时，即采用所谓的系统芯片（SoC）方法时，封装会变得很困难。当把带有非数字元件的多个管芯集成在单个封装上以便实现特定功能，而这些功能在技术上难以整合在单个系统芯片中，或在商业上不便于合并在单个系统芯片时，封装将更加困难。

对于纳米电子技术的发展，材料将起关键作用。从某种程度上来说，纳米电子的成功依靠的是两点：其一是对材料性能和特性以及它们在制造过程、质量鉴定试验和使用条件下界面的深刻理解；其二是按照特殊的应用需要而调整材料设计的能力。在微电子设计中，材料所带来的挑战已经非常严峻。而在纳米电子和超摩尔技术中，这些挑战只会更加严峻，因为多尺度效应和多种材料兼容性、稳定性和可靠性是纳米电子和超越摩尔技术取得成功的关键。在这些挑战中，对材料和材料界面进行建模和刻画尤为重要，故而需要更多的研究，尤其是在多尺度、多物理场和依赖时间的场合下。