2019 年是極紫外 (EUV) 光刻技術(shù)的重要里程碑。當(dāng)年，EUV圖案化技術(shù)首次用于7nm技術(shù)一代邏輯芯片的量產(chǎn)。插入以圖案化芯片后端 (BEOL) 的最關(guān)鍵層，它可以打印間距為 36-40nm 的金屬線(xiàn)。

憑借 13.5nm 的極短波長(zhǎng)，EUV 光刻已被引入以取代 193nm（浸入式）光刻——這是由瑞利方程決定的分辨率轉(zhuǎn)換。根據(jù)這個(gè)方程式，可以通過(guò)在晶圓曝光期間使用波長(zhǎng)較小的光來(lái)提高光刻工具的分辨率，從而提高其打印具有特定半間距或臨界尺寸 (CD) 的特征的能力。此外，193nm 復(fù)雜且昂貴的多重圖案化要求——包括將芯片圖案分割成兩個(gè)或更多更簡(jiǎn)單的掩?！梢栽俅我苹貑我粓D案化 EUV。

在開(kāi)發(fā)方面，研究人員一直在不斷嘗試進(jìn)一步推動(dòng)當(dāng)今最先進(jìn)的 EUV 全場(chǎng)掃描儀，即 ASML NXE:3400B 的單次打印能力。例如，今年早些時(shí)候，imec 和 ASML 能夠展示 28nm 間距的單次曝光圖案化線(xiàn)/空間準(zhǔn)備就緒，對(duì)應(yīng)于 5nm 邏輯技術(shù)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵 BEOL 金屬層。這使當(dāng)前的掃描儀接近其大批量制造的分辨率極限，約為 13 納米（26 納米間距）。隨著邏輯的發(fā)展，存儲(chǔ)器制造商越來(lái)越多地考慮使用 EUV 光刻技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足未來(lái)存儲(chǔ)器的高密度要求——例如用于關(guān)鍵 DRAM 結(jié)構(gòu)的圖案化。

與此同時(shí)，正在探索多重圖案 EUV 光刻選項(xiàng)，以將 EUV 推進(jìn)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。雖然這些“技巧”提供了更輕松的間距，但它們也有一個(gè)缺點(diǎn)：處理步驟數(shù)量增加，增加了圖案化步驟的成本、復(fù)雜性和處理時(shí)間。

2023 年將標(biāo)志著 EUV 光刻技術(shù)發(fā)展的新里程碑。屆時(shí)，預(yù)計(jì)第一代新一代 EUV 光刻工具將進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)：高 NA EUV 光刻掃描儀——預(yù)計(jì)以更少的圖案化步驟打印 2nm（及以上）邏輯芯片的最關(guān)鍵特征。瑞利方程再次證明了向高 NA 光刻的過(guò)渡，它為提高分辨率提供了第二個(gè)旋鈕：增加投影鏡頭的數(shù)值孔徑 (NA)。NA 控制用于形成圖像的光量（更準(zhǔn)確地說(shuō)是衍射級(jí)數(shù)），從而控制圖像的質(zhì)量。

之前已經(jīng)應(yīng)用過(guò)向更高 NA 成像設(shè)備的過(guò)渡，請(qǐng)記住從 193nm 干法到 193nm 浸沒(méi)式光刻的轉(zhuǎn)變。當(dāng)時(shí)，用水代替透鏡和晶圓之間的空氣的光學(xué)技巧使 NA 增加了 45%。在 EUV 的情況下，ASML 將通過(guò)重新設(shè)計(jì)光刻系統(tǒng)中的光學(xué)器件，從當(dāng)前的 0.33 NA 變?yōu)?0.55NA（即 NA 增加 67%）。0.55NA EUV 光刻有望最終實(shí)現(xiàn) 8nm 分辨率，對(duì)應(yīng)于一次曝光中 16nm 間距的印刷線(xiàn)/間距。

雄心勃勃的時(shí)間表……

0.55NA EUV 光刻技術(shù)將把圖案化推向比當(dāng)前 0.33NA EUV 光刻系統(tǒng)更小的特征。但前進(jìn)的道路是雄心勃勃的。EUV 光刻系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以追溯到 2000 年代，從安裝第一臺(tái)預(yù)生產(chǎn)的 EUV 掃描儀到最近在大批量制造中引入 EUV 光刻，有十年的時(shí)間跨度。對(duì)于高 NA，目標(biāo)是將時(shí)間框架壓縮到僅 3 年，預(yù)計(jì) 2023 年將推出第一個(gè)原型（EXE:5000）。

圖 1：ASML 的 EXE:5000 高 NA EUV 光刻掃描儀渲染圖（由 ASML 提供）

在第一個(gè)高數(shù)值孔徑工具問(wèn)世之前，專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和當(dāng)前一代的極紫外光刻工具和材料正被推向極限，以盡可能地準(zhǔn)備和降低新的高數(shù)值孔徑 EUV 光刻技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，imec 正在與 ASML 合作開(kāi)設(shè)一個(gè)聯(lián)合高 NA 實(shí)驗(yàn)室，將在其中建造高 NA 系統(tǒng)，連接到涂層和開(kāi)發(fā)軌道，并配備計(jì)量設(shè)備。他們將共同為行業(yè)創(chuàng)建生態(tài)系統(tǒng)以滿(mǎn)足工藝要求，并建立與高NA工具開(kāi)發(fā)相伴的基礎(chǔ)設(shè)施——包括變形成像、新掩模技術(shù)、計(jì)量、抗蝕劑篩選和薄膜圖案化材料開(kāi)發(fā)等. 這些發(fā)展將在下面更詳細(xì)地討論。此外，客戶(hù)將可以使用高 NA 實(shí)驗(yàn)室來(lái)開(kāi)發(fā)他們的私有高 NA 用例。

解決過(guò)程和計(jì)量需求：共同努力

隨著高 NA EUV 光刻技術(shù)的出現(xiàn)，抗蝕劑更薄的趨勢(shì)將繼續(xù)存在，其最終目標(biāo)是印刷 16nm 間距的線(xiàn)/間距，對(duì)應(yīng)于寬度小至 8nm 的印刷線(xiàn)。這需要厚度小于 20nm 的抗蝕劑薄膜以保持 2:1 的理想縱橫比（定義為線(xiàn)的高度和寬度之間的比率）。使用較厚的抗蝕劑，縱橫比會(huì)增加，隨之而來(lái)的是線(xiàn)條崩塌的風(fēng)險(xiǎn)。高數(shù)值孔徑 EUV 光刻技術(shù)帶來(lái)了使用更薄抗蝕劑薄膜的第二個(gè)原因。根據(jù)第二個(gè)瑞利方程，焦深（DOF）——即（航空）圖像焦點(diǎn)所在的抗蝕劑高度——按數(shù)值孔徑的平方減小。模擬預(yù)測(cè)，相對(duì)于當(dāng)前的 0.33NA 光刻，DOF 會(huì)有效降低 2-3 倍。

降低的抗蝕劑厚度要求為高 NA EUV 工藝帶來(lái)了新的需求，包括圖案轉(zhuǎn)移。篩選（新）抗蝕劑、優(yōu)化硬掩模和蝕刻工藝的選擇性，以及評(píng)估超薄抗蝕劑時(shí)的圖案化限制是imec與其材料供應(yīng)商合作的主要任務(wù)。

但向更小特征和更薄抗蝕劑薄膜的過(guò)渡也對(duì)計(jì)量提出了挑戰(zhàn)。比以往任何時(shí)候都強(qiáng)烈需要同時(shí)解決圖案和計(jì)量機(jī)會(huì)——一個(gè)服務(wù)于另一個(gè)的需求。例如，當(dāng)抗蝕劑變得超薄時(shí)，印刷線(xiàn)內(nèi)的材料量會(huì)變得非常小，以至于很難用當(dāng)前使用的計(jì)量工具“看到”。例如，對(duì)于廣泛使用的 CD-SEM，使用更薄的抗蝕劑會(huì)導(dǎo)致圖像對(duì)比度大大降低。最近的實(shí)驗(yàn)表明，底層的類(lèi)型（即光刻膠膜下面的層）可以對(duì) SEM 成像對(duì)比度產(chǎn)生積極影響。但是使用不同的底層來(lái)改進(jìn)計(jì)量將反過(guò)來(lái)影響圖案轉(zhuǎn)移，需要優(yōu)化蝕刻工藝。為了繼續(xù)優(yōu)化模式轉(zhuǎn)移，

圖 2：抗蝕劑膜厚度減少的演變（HP = 半間距）。

下面，我們將介紹最近在圖案化和計(jì)量方面的一些見(jiàn)解。

評(píng)估模式轉(zhuǎn)移的限制

作為對(duì)第一個(gè)高 NA EUV 原型制作系統(tǒng)的預(yù)期，imec 使用目前最先進(jìn)的 0.33NA EUV 光刻系統(tǒng) NXE:3400B 來(lái)預(yù)測(cè)更薄的抗蝕劑的性能——包括線(xiàn)路/空間和接觸孔。早些時(shí)候，imec 和 ASML 能夠使用這款 NXE:3400B 掃描儀打印最小間距（即 24nm 間距線(xiàn)/間距和 28nm 間距接觸孔），從而實(shí)現(xiàn)高 NA EUV 光刻掃描儀所需的早期材料開(kāi)發(fā)。

例如，通過(guò)使用該工具，該團(tuán)隊(duì)表明，線(xiàn)邊緣和線(xiàn)寬粗糙度 (LER/LWR)——在圖案化線(xiàn)/空間的最關(guān)鍵參數(shù)中——在使用更薄的抗蝕劑薄膜時(shí)往往會(huì)增加。在這些實(shí)驗(yàn)中，使用了化學(xué)放大抗蝕劑 (CAR)，這是一種依賴(lài)于當(dāng) EUV 光子撞擊表面時(shí)在抗蝕劑內(nèi)形成的電子的化學(xué)放大的抗蝕劑。自 1990 年代初以來(lái)，這些 CAR 已在工業(yè)中大量使用，并已逐漸優(yōu)化以獲得更好的抗蝕劑性能。但對(duì)于高數(shù)值孔徑光刻，該行業(yè)可能需要 CAR 以外的抗蝕劑，具有更好的分辨率。因此，我們看到了新型光刻膠材料的出現(xiàn)，例如金屬氧化物抗蝕劑 (MOR)。我們的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)似乎表明這些 MOR 對(duì)于更小的特征和更薄的抗蝕劑確實(shí)具有更好的圖案轉(zhuǎn)移能力。Imec 與多家材料供應(yīng)商合作開(kāi)發(fā)這些概念并評(píng)估諸如污染風(fēng)險(xiǎn)和工藝集成挑戰(zhàn)等關(guān)鍵問(wèn)題。

圖 3：觀察到縮小 EUV 抗蝕劑膜厚度會(huì)增加線(xiàn)寬粗糙度 (LWR)。

高 NA EUVL：計(jì)量的機(jī)會(huì)

如前所述，計(jì)量學(xué)的第一個(gè)主要挑戰(zhàn)是需要應(yīng)對(duì)目前使用的 CD-SEM 工具降低的圖像對(duì)比度。Imec 看到了兩種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，并繼續(xù)測(cè)量用更薄的抗蝕劑印刷的非常小的線(xiàn)條。第一種方法是調(diào)整工具的設(shè)置。使用 CD-SEM 工具的某些旋鈕（例如掃描速率）結(jié)果證明會(huì)對(duì)成像對(duì)比度產(chǎn)生積極影響——即使在薄膜厚度低至 15nm 時(shí)也能看到圖案。第二種方法是與imec 的計(jì)量供應(yīng)商密切合作，探索替代計(jì)量技術(shù)。在分辨率方面非常有前途的是例如低壓 SEM、氦離子顯微鏡、散射儀……

圖 4：減少抗蝕劑膜厚度（從 30nm 到 10nm）（上）對(duì) CD SEM 圖像對(duì)比度產(chǎn)生負(fù)面影響，但（中）可以通過(guò)使用 CD-SEM 計(jì)量旋鈕或（下）使用不同的底層來(lái)改善。

除了例如 10nm 寬度的線(xiàn)之外，圖案內(nèi)還有更小的特征需要成像。隨著縮放的繼續(xù)，測(cè)量 LER 和覆蓋性能（即一層與下一層的對(duì)齊程度）等參數(shù)變得更加困難——需要遠(yuǎn)低于 10nm 的圖像分辨率。然后是缺陷，更具體地說(shuō)，隨機(jī)打印故障的出現(xiàn)：隨機(jī)的、非重復(fù)的、孤立的缺陷，例如微橋、局部斷線(xiàn)和缺失或合并的觸點(diǎn)。它們被認(rèn)為是由能量和波長(zhǎng)之間的基本關(guān)系產(chǎn)生的。隨著波長(zhǎng)越來(lái)越短——EUV 光刻在 13.5nm 下運(yùn)行——來(lái)自光源的能量分布在更少的光子上。因此，只有幾個(gè)光子可以創(chuàng)建一個(gè)圖案。

具有進(jìn)一步提高的分辨率和減小的抗蝕劑厚度的高 NA EUV 光刻技術(shù)的出現(xiàn)將進(jìn)一步推動(dòng)這一發(fā)展。Imec 一直在開(kāi)發(fā)方法來(lái)系統(tǒng)地量化 EUV 材料中的缺陷水平，并了解導(dǎo)致故障的許多因素。關(guān)鍵是傳統(tǒng)上依賴(lài)光學(xué)技術(shù)的晶圓檢測(cè)策略的發(fā)展和改進(jìn)。最近，基于電子束的檢測(cè)越來(lái)越受到關(guān)注。盡管它在發(fā)現(xiàn)小缺陷方面看起來(lái)很有希望，但它也有一個(gè)主要缺點(diǎn)：檢查整個(gè)晶圓所需的時(shí)間急劇增加——需要解決方案來(lái)提高工具生產(chǎn)率和吞吐量。

此外，越來(lái)越多地設(shè)置金屬化圖案的電氣測(cè)試，以尋找與通過(guò)光學(xué)和電子束檢測(cè)技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)的相關(guān)性。這允許增加對(duì)隨機(jī)模式失敗的學(xué)習(xí)，并獲得更多關(guān)于它們影響產(chǎn)量的方式的見(jiàn)解。通過(guò)這種方式，使用掃描電子顯微鏡、寬帶等離子光學(xué)和電子束技術(shù)獲得的缺陷檢測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)可以成功地與從電氣測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。電氣測(cè)試是在允許測(cè)量電開(kāi)路（以及因此抗蝕劑中的橋）的大面積釕金屬化蛇形結(jié)構(gòu)以及允許測(cè)量電學(xué)的金屬化叉叉和尖端對(duì)尖端結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的。短褲（因此抵抗中的關(guān)鍵斷裂）。

掩模技術(shù)：充分利用高 NA EUV 光刻技術(shù)的另一個(gè)關(guān)鍵因素

光掩模是芯片制造的重要組成部分，因?yàn)樗４媪擞糜谧罱K設(shè)備的設(shè)計(jì)布局信息。理想情況下，該信息包含在掩模上的暗（即吸收）和亮（即反射）區(qū)域中?，F(xiàn)在正在打印越來(lái)越小的特征，與理想掩模的偏差越來(lái)越多地影響最終的晶圓圖案。因此，需要解決口罩的具體挑戰(zhàn)。其中包括減少掩模 3D 效果、增強(qiáng)對(duì)掩模壽命及其對(duì)打印隨機(jī)故障的貢獻(xiàn)的理解。最重要的是，在高 NA EUVL 光學(xué)系統(tǒng)中引入畸變會(huì)給掩模行業(yè)帶來(lái)額外的復(fù)雜性。在這一切中，imec 團(tuán)隊(duì)扮演著重要的角色。通過(guò)與 ASML 及其材料供應(yīng)商的密切合作，imec 致力于設(shè)計(jì)優(yōu)化和認(rèn)證用于高 NA EUV 光刻的光掩模。下文將更詳細(xì)地描述這項(xiàng)工作。

用于減少掩模 3D 效果的新型吸收材料

今天的 EUV 掩模由約 300nm 厚的反射多層堆疊組成，由 40 到 50 層交替的硅 (Si) 和鉬 (Mo) 層組成，覆蓋著一層薄的釕層。在這個(gè)堆棧上，由鉭硼硝酸鹽 (TaBN) 制成的吸收器帶有圖案。當(dāng) Mo 和 Si 的多層反射入射光時(shí)，吸收器阻擋反射，這種組合定義了晶片上的特征。

圖 5：EUV 光掩模的卡通橫截面

當(dāng)前的基于 Ta 的吸收器的厚度通常約為 60-70nm，旨在吸收足夠量的光。與光的 13.5nm 曝光波長(zhǎng)相比，該厚度較大。因此，以特定入射角（在傳統(tǒng) EUV 光刻中以 6° 為中心）照射掩模并從多層反射的光對(duì)“厚”掩模的 3D 形貌敏感，例如經(jīng)歷多層和吸收體誘導(dǎo)相變形。這會(huì)扭曲空中圖像——最終轉(zhuǎn)移到光刻膠中的光圖案——并降低其圖像對(duì)比度。這些所謂的掩模 3D 效果還伴隨著更多的與特征相關(guān)的放置變化和對(duì)晶圓的最佳聚焦。這對(duì)已經(jīng)受到 DOF 預(yù)算減少的高 NA EUV 光刻提出了額外的挑戰(zhàn)。

最初，應(yīng)用源照明和掩模設(shè)計(jì)的創(chuàng)新來(lái)補(bǔ)償掩模 3D 效果。近年來(lái)，注意力正轉(zhuǎn)向改進(jìn)掩模材料作為控制晶圓上掩模 3D 效應(yīng)的參數(shù)，從而有助于提高高 NA DOF。

這推動(dòng)了 imec 研究探索新的吸收材料，這些材料要么具有不同的 EUV 折射率（低 n 材料，如 RuTa 或 PtMo，允許衰減相移），要么具有高 EUV 消光系數(shù)（高 k 材料，如 PtTe 或Ni具有高吸收能力）。對(duì)于每種材料類(lèi)型，都需要優(yōu)化厚度以實(shí)現(xiàn)最佳成像權(quán)衡。Imec 正在進(jìn)行材料篩選，以尋找這些材料中最有前途的材料?；谶@些材料的新掩模架構(gòu)預(yù)計(jì)將在今年年底前在 imec 的當(dāng)前 EUV 掃描儀上進(jìn)行測(cè)試。

圖 6：EUV 掩模吸收材料空間與參考 TaBN

變形面具來(lái)了

高數(shù)值孔徑 EUV 光刻技術(shù)對(duì)掃描儀內(nèi)的光學(xué)器件進(jìn)行了重大重新設(shè)計(jì)，允許具有更大入射角的光照射到晶圓上，從而使系統(tǒng)具有更高的分辨率。在相同的掃描儀放大倍率下，這會(huì)帶來(lái)一個(gè)缺點(diǎn)。具有更高入射角的光也會(huì)照射到掩模上，如果不采取行動(dòng)，這將大大惡化 3D 掩模效果。

克服這些額外陰影效應(yīng)的一種方法是將掩模放大率從其歷史的 4 倍增加到 8 倍，并結(jié)合使用更大的掩模空白。但放棄最初的 6 英寸 x 6 英寸面罩尺寸，同時(shí)保持較高的面罩質(zhì)量將極大地影響面罩行業(yè)。為了盡量減少這種影響，ASML 和蔡司推出了變形鏡頭，一種在 x 和 y 方向（分別為 4x 和 8y（y 是掃描方向））具有不同放大倍率的鏡頭。保留了 6 英寸面罩，但其設(shè)計(jì)向一個(gè)方向拉伸。增加的放大倍率（在一個(gè)方向上）將圖像場(chǎng)大小（即，在一個(gè)步驟中曝光的晶片部分）縮小到一半，因此掃描儀最終可能僅在設(shè)備的一部分上打印特征。對(duì)于具有較大裸片尺寸的芯片尤其如此，這對(duì)如何設(shè)計(jì)這些芯片施加了限制。對(duì)于這些芯片，芯片制造商必須采用一種稱(chēng)為縫合的技術(shù)。圖案的一部分用一個(gè)蒙版曝光，下一部分用第二個(gè)蒙版曝光，兩個(gè)蒙版縫合在一起。Imec 研究改進(jìn)縫合的方法，例如通過(guò)減少兩個(gè)面罩之間固有的所謂過(guò)渡區(qū)。在硬件方面，ASML 致力于加速掩模和晶圓階段，以彌補(bǔ)半場(chǎng)成像造成的生產(chǎn)力損失。并將兩個(gè)面具縫合在一起。Imec 研究改進(jìn)縫合的方法，例如通過(guò)減少兩個(gè)面罩之間固有的所謂過(guò)渡區(qū)。在硬件方面，ASML 致力于加速掩模和晶圓階段，以彌補(bǔ)半場(chǎng)成像造成的生產(chǎn)力損失。并將兩個(gè)面具縫合在一起。Imec 研究改進(jìn)縫合的方法，例如通過(guò)減少兩個(gè)面罩之間固有的所謂過(guò)渡區(qū)。在硬件方面，ASML 致力于加速掩模和晶圓階段，以彌補(bǔ)半場(chǎng)成像造成的生產(chǎn)力損失。

圖 7：掩模示意圖，以及在 0.55NA 掃描儀上打印期間掩模和晶圓的主要方向（由 ASML 提供）

薄膜開(kāi)發(fā)

在光刻技術(shù)中，光掩模通常與薄膜一起被提及——薄膜是用于在大批量半導(dǎo)體制造過(guò)程中保護(hù)掩模免受污染的薄膜。它安裝在光掩模表面上方幾毫米處，因此如果顆粒落在薄膜上，它們將離焦太遠(yuǎn)而無(wú)法打印。然而，開(kāi)發(fā) EUV 薄膜并不簡(jiǎn)單。所有 EUV 掃描儀都面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是使薄膜吸收盡可能少，以保持 EUV 光刻的吞吐量和經(jīng)濟(jì)性。此外，薄膜必須能夠承受未來(lái)光刻工具不斷增加的 EUV 功率，包括高 NA EUV 光刻工具——8 倍放大倍率帶來(lái)了薄膜和掩模級(jí)別功率密度降低的好處。艾美克，與合作伙伴合作，開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新的基于 CNT 的薄膜解決方案，該解決方案有可能在超過(guò) 600 瓦的掃描儀功率下存活。CNT 薄膜的可行性已通過(guò)在 imec 的 EUV NXE:3300 掃描儀上的使用得到成功證明。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在努力延長(zhǎng)使用壽命，以實(shí)現(xiàn)適用于下一代 EUV 光刻工具（包括高 NA）的高生產(chǎn)率薄膜解決方案，其光罩加速度大大提高。

圖 8：類(lèi)似于 imec 的 NXE:3300B 中暴露的全尺寸 CNT 薄膜

從商品到關(guān)鍵部件……

該團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于其他特定于面具的機(jī)會(huì)，例如面具生命周期的理解。掩膜在儲(chǔ)存時(shí)會(huì)發(fā)生碳生長(zhǎng)，這會(huì)影響印在晶圓上的特征的關(guān)鍵尺寸。觀察到該效果取決于存儲(chǔ)條件，并且可以通過(guò) EUV 曝光來(lái)逆轉(zhuǎn)。該研究揭示了盡可能控制和最小化存儲(chǔ)和壽命影響的重要性，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的掩模印刷性能。另一個(gè)挑戰(zhàn)與掩模缺陷對(duì)隨機(jī)故障概率的貢獻(xiàn)增加有關(guān)。觀察到隨著掩模老化而增加的掩模多層的表面粗糙化起著至關(guān)重要的作用。這推動(dòng)了替代多層“鏡面”材料的研究。此外，與以往相比，掩模上的小缺陷，例如邊緣放置錯(cuò)誤或 CD 錯(cuò)誤，會(huì)轉(zhuǎn)化為晶圓印刷后觀察到的錯(cuò)誤。現(xiàn)在情況變得更糟了，因?yàn)榫A在覆蓋、聚焦和邊緣放置誤差方面的預(yù)算已經(jīng)變得非常小，這是縮放的直接后果。這促使需要大規(guī)模量化掩模對(duì)晶圓成像性能的貢獻(xiàn)。此外，正在研究以更精確和更小分辨率寫(xiě)入掩模的其他方法，包括多光束掩模寫(xiě)入，它允許不同（所謂的曲線(xiàn)）掩模形狀。所有這些都表明，掩模正從“簡(jiǎn)單”的商品演變?yōu)閷?duì)晶圓成像性能越來(lái)越重要的復(fù)雜組件?，F(xiàn)在情況變得更糟了，因?yàn)榫A在覆蓋、聚焦和邊緣放置誤差方面的預(yù)算已經(jīng)變得非常小，這是縮放的直接后果。這促使需要大規(guī)模量化掩模對(duì)晶圓成像性能的貢獻(xiàn)。此外，正在研究以更精確和更小分辨率寫(xiě)入掩模的其他方法，包括多光束掩模寫(xiě)入，它允許不同（所謂的曲線(xiàn)）掩模形狀。所有這些都表明，掩模正從“簡(jiǎn)單”的商品演變?yōu)閷?duì)晶圓成像性能越來(lái)越重要的復(fù)雜組件。現(xiàn)在情況變得更糟了，因?yàn)榫A在覆蓋、聚焦和邊緣放置誤差方面的預(yù)算已經(jīng)變得非常小，這是縮放的直接后果。這促使需要大規(guī)模量化掩模對(duì)晶圓成像性能的貢獻(xiàn)。此外，正在研究以更精確和更小分辨率寫(xiě)入掩模的其他方法，包括多光束掩模寫(xiě)入，它允許不同（所謂的曲線(xiàn)）掩模形狀。所有這些都表明，掩模正從“簡(jiǎn)單”的商品演變?yōu)閷?duì)晶圓成像性能越來(lái)越重要的復(fù)雜組件。這促使需要大規(guī)模量化掩模對(duì)晶圓成像性能的貢獻(xiàn)。此外，正在研究以更精確和更小分辨率寫(xiě)入掩模的其他方法，包括多光束掩模寫(xiě)入，它允許不同（所謂的曲線(xiàn)）掩模形狀。所有這些都表明，掩模正從“簡(jiǎn)單”的商品演變?yōu)閷?duì)晶圓成像性能越來(lái)越重要的復(fù)雜組件。這促使需要大規(guī)模量化掩模對(duì)晶圓成像性能的貢獻(xiàn)。此外，正在研究以更精確和更小分辨率寫(xiě)入掩模的其他方法，包括多光束掩模寫(xiě)入，它允許不同（所謂的曲線(xiàn)）掩模形狀。所有這些都表明，掩模正從“簡(jiǎn)單”的商品演變?yōu)閷?duì)晶圓成像性能越來(lái)越重要的復(fù)雜組件。

AttoLab：加速高NA圖案化生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展

需要加快對(duì)薄光刻膠成像的學(xué)習(xí)是imec 決定投資與KMLabs 的聯(lián)合項(xiàng)目AttoLab 的原因之一。該實(shí)驗(yàn)室使我們能夠在 ASML 的第一個(gè) 0.55NA EXE:5000 原型面世之前探索高 NA EUV 光刻條件下光刻膠成像的基本動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)裝置在 0.33NA EUV 光刻掃描儀已經(jīng)獲得的基礎(chǔ)上提供了相應(yīng)的見(jiàn)解。

在 AttoLab 中，13.5nm 的高 NA 曝光通過(guò)干涉型設(shè)置中的明亮、相干、高諧波 EUV 源進(jìn)行模擬。最近，通過(guò)用于試樣實(shí)驗(yàn)的基于勞埃德鏡的干涉裝置，20nm 節(jié)距線(xiàn)/空間首次可以在金屬氧化物光刻膠中成功地在 imec 成像。在這種布置中，從鏡子反射的光會(huì)與 13.5nm 高諧波發(fā)生源直接發(fā)射的光發(fā)生干涉，從而產(chǎn)生適合抗蝕劑成像的精細(xì)干涉圖案?？梢酝ㄟ^(guò)改變干涉光束之間的角度來(lái)調(diào)整成像的抗蝕劑圖案的間距。此 Lloyd's-Mirror 設(shè)置為下一步提供了重要的學(xué)習(xí)信息：

基于干涉的 EUV 光源與 ASML 的高 NA EUV 激光器中使用的方法不同，后者將錫滴蒸發(fā)以產(chǎn)生 EUV 光。光子隨后從掃描儀內(nèi)的幾個(gè)鏡子反彈，從掩模反射，最后撞擊晶片上的抗蝕劑。雖然 ASML 的掃描儀專(zhuān)為芯片的大規(guī)模生產(chǎn)而設(shè)計(jì)，但 AttoLab 中使用的干涉型工具永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到所需的全場(chǎng)吞吐量。

但是對(duì)于這些 13.5nm 飛秒包絡(luò)阿秒激光脈沖，imec 正在追求不同的目標(biāo)：研究隨后在光刻膠材料中引起的 EUV 光子吸收和超快輻射過(guò)程，并了解更多關(guān)于關(guān)鍵隨機(jī)打印失敗的信息。對(duì)于這些研究，光束線(xiàn)與時(shí)間分辨紅外和光電子光譜等光譜技術(shù)相結(jié)合，并且正在建立相應(yīng)的泵浦探針類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)。光束線(xiàn)設(shè)計(jì)用于在幾秒鐘內(nèi)在高 NA 條件下篩選各種抗蝕劑材料，并支持開(kāi)發(fā)適用于高 NA EUV 光刻的優(yōu)化圖案、蝕刻和計(jì)量技術(shù)。

圖 9：用于高 NA EUV 干擾試樣實(shí)驗(yàn)的（左）勞埃德鏡設(shè)置示意圖（未按比例）；（右）用于全 300 毫米晶圓實(shí)驗(yàn)的干涉室

結(jié)論

從 0.33NA 到 0.55 高 NA EUV 光刻技術(shù)的轉(zhuǎn)變?yōu)楣饪绦袠I(yè)提供了一個(gè)重要的機(jī)會(huì)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)共同應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)并為該工具的推出做好準(zhǔn)備。imec 與 ASML 在聯(lián)合的高 NA EUV 實(shí)驗(yàn)室中專(zhuān)注于與高 NA 掃描儀開(kāi)發(fā)相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備工作。為此，imec依靠并邀請(qǐng)所有材料和設(shè)備供應(yīng)商為建立完整的高NA生態(tài)系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)。所有這些努力的回報(bào)將是巨大的，因?yàn)?0.55NA EUV 光刻工具有望將摩爾定律推向 2nm 甚至更遠(yuǎn)的技術(shù)世代。

致謝

這項(xiàng)工作是imec 高級(jí)圖案化團(tuán)隊(duì)與imec 的設(shè)備和材料供應(yīng)商密切合作的結(jié)果。

審核編輯 黃昊宇