光刻技术走进“死胡同”，这款新的EUV源能否来波助攻？

极紫外光刻技术，成为潜在的摩尔定律的救世主已经很久了。 十几年前，路线图要求 EUV 于 2011 年到货。直到去年它才开始运行。

EUV 源已达到半导体制造所需的 200 瓦级。然而，暴露的光致抗蚀剂的缺陷限制了当前 7 纳米节点的产量，并且未来的 5 和 3 纳米节点将面临更大的问题。现在，基于最先进激光器的新型实验室 EUV 源为开发人员提供了更高的空间和时间分辨率，以便他们理解并解决这些问题。

将光刻技术移至 EUV 波段意味着材料和光源都发生了巨大变化。新的 13.5 纳米 EUV 等离子体源取代了 193 纳米的紫外激光器。随着波长减小，光子能量增加，因此来自新激光驱动的等离子体 EUV 源的每个光子携带的能量是来自旧激光源的光子的 14 倍。更高能量的光子需要新的光刻胶材料，这是一个目前仍在研究中的具有挑战性的化学问题。新开发的光刻胶似乎存在随机缺陷，称为“随机打印故障”。这个问题已经成为 EUV 光刻技术的首要问题，比利时 IMEC 探索材料首席科学家 John Petersen 说  。

“我们需要了解正在发生的事情的真实化学性质，”IMEC 材料和分析小组主任 Paul van der Heide 说。为此，该公司与位于科罗拉多州博尔德的 KMLabs 合作，  在比利时建立了一个高分辨率的 EUV 成像和超短脉冲实验室。 彼得森和其他人在 2 月 25 日至 28 日在圣何塞举行的 SPIE 高级光刻会议上描述了该设施。
 

照片：KMLabsKMLabs 用于极紫外显微镜的桌面高次谐波源

由 KMLabs 构建的系统通过将来自红外激光器的高功率脉冲聚焦到气体中来产生 EUV 脉冲，以产生激光的高次谐波。该过程产生的脉冲持续时间为皮秒（10 -12）至阿秒（10 -18），波长可在 6.5 和 47 纳米之间调节。可调波长和可调脉冲长度使得高次谐波源比用于曝光光致抗蚀剂的更亮等离子体源更好地进行测量。谐波产生还可以产生类似激光的 EUV 光，它可以提供非常高的分辨率，并且无需镜头即可成像 - 这是一个很大的优势，因为固态镜头无法聚焦 EUV 光。该  结果是一个功能强大的测量工具 这也可以执行其他测量，现在需要像同步加速器这样的大量来源。

高谐波输出足够亮，可在微米级区域进行高分辨率干涉成像，并具有低至 8 nm 的特性。它还可以观察材料中极快的分子动力学和电离过程，这对理解化学过程至关重要。许多材料供应商正在测试抗蚀剂下面的薄层沉积以改善其性能，但他们缺乏探测暴露层时发生的情况的方法。“我们可以通过这个实验室来探讨这一点，”彼得森说。

该设施还可以探测麻烦的随机抗蚀剂故障，提供可以帮助研究人员预防它们的数据。之后的下一步将是识别并试图修复其他产生噪声的麻烦效应，这些效应产生的噪声高于由单个 EUV 光子的高能量引起的不可避免的光子散射噪声。这种散粒底噪声可能会导致缩小到小于 3 nm 节点的几何尺寸。

但是，新的 EUV 系统有其自身的局限性。“我们是测量源，而不是制造光刻技术的来源，”KMLabs 首席执行官 Kevin Fahey 说。对于芯片制造来说，光束太弱了，但它可以聚焦到足够明亮地照射微米级区域，以便进行亚波长分辨率的高分辨率干涉成像以测试抗蚀剂。

KMLabs 联合创始人亨利卡普滕说：“使用高次谐波产生光刻并不是不可能的，但它需要重大的新发展，可能需要几十年的时间。”

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