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極紫外光刻技術(shù)

點(diǎn)擊量:1328 日期:2023-09-08 編輯:硅時(shí)代

對于光刻機而言,最核心的技術(shù)就是光源,光刻機按光源技術(shù)進(jìn)步次序可分為紫外光(UV)、深紫外光(DUV)、極紫外光(EUV)三大類(lèi)。極紫外光刻 (Extreme Ultraviolet Lithography)技術(shù)即采用光源波長(cháng)在極紫外波段范圍的光刻技術(shù)。

工作原理

EUV系統主要由四部分構成:

(1)極端紫外光源(2)反射投影系統(3)光刻模板(mask)(4)能夠用于極端紫外的光刻涂層(photo—resist)

EUV光刻原理如上圖所示:光源采用氣體噴射靶激光等離子體光源或同步輻射光工作氣體為氙 e)氣。利用激光能或電能轟擊靶材料產(chǎn)生等離子體,等離子體發(fā)EUV輻射,EUV輻射經(jīng)過(guò)由周期性多層薄膜反射鏡組成的聚焦系統入射到反射掩模上.出的EUV光波再通過(guò)反射鏡組成的投影系統,將反射掩模上的集成電路的幾何圖形成像到硅片上的光刻膠中,從而形成集成電路所需要的光刻圖形。

產(chǎn)生極紫外光源的方法主要有激光致等離子體技術(shù)(LPP)和放電等離子體技術(shù)(DPP)兩種。采用 EUV 進(jìn)行光刻的主要難點(diǎn)是光學(xué)輸出功率太低而影響產(chǎn)出率,EUV 光刻所需的光刻膠、掩模版、掩模版保護膜等技術(shù)難度均極大。所有的光學(xué)調制都需要通過(guò)鏡像系統來(lái)實(shí)現,但是通常材料對極紫外短波的能量吸收率很高,使得無(wú)法制備傳統的光學(xué)透視鏡頭來(lái)實(shí)現調制。為了使掩模版有效地反射波長(cháng)為 13.5nm 的 EUV,需要在作為反射鏡的石英掩模襯底上覆蓋多達50層的 Mo/Si 薄膜。

此外,掩模版的缺陷的光學(xué)檢測極為困難。通常,光學(xué)檢測可以獲得表面缺陷和相缺陷引起的所有轉印缺陷,但是由于 EUV 的多層掩模結構,使得這些缺陷被埋在多層薄膜的下面。目前,光學(xué)方式 EUV 掩模檢測技術(shù)仍處于萌芽階段,所以光掩模檢測和電子束光刻版檢測僅停留在可用于 EUV 光刻技術(shù)的開(kāi)發(fā)和實(shí)驗階段。

當前全球能夠制造EUV光刻機的企業(yè)只有荷蘭ASML一家企業(yè),日本的佳能、尼康和中國上海微電子僅能制造DUV光刻機。荷蘭ASML公司的EUV光刻機采用的是美國研發(fā)提供的13.5nm極紫外光源為工作波長(cháng)的投影光刻技術(shù),中國DUV光刻機使用的是波長(cháng)193nm深紫外光源技術(shù)。

如果在7nm/5nm以下技術(shù)代僅使用浸沒(méi)式光刻,大量圖形層必須采用雙重甚至多重曝光,這將導致光掩模版數量及光刻次數的成倍上升。如果采用 EUV 光刻技術(shù),7nm 節點(diǎn)幾乎所有的圖形層都僅需單次曝光即可完成,可減少20層以上掩模版,以而減小工藝復雜度,降低生產(chǎn)成本,提高成品率,縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。

由于193nm沉浸式工藝的延伸性非常強.同時(shí)EUV技術(shù)耗資巨大進(jìn)展緩慢。EUV(極紫外線(xiàn)光刻技術(shù))是下一代光刻技術(shù)(<32nm節點(diǎn)的光刻技術(shù))。它是采用波長(cháng)為13.4nm的軟X射線(xiàn)進(jìn)行光刻的技術(shù)。EUV光刻的基本設備方面仍需開(kāi)展大量開(kāi)發(fā)工作以達到適于量產(chǎn)的成熟水平。目前存在以下挑戰:

(1)開(kāi)發(fā)功率足夠高的光源并使系統具有足夠的透射率,以實(shí)現并保持高吞吐量。

(2)掩模技術(shù)的成熟。包括以足夠的平面度和良率制造反射掩模襯底,反射掩模的光化學(xué)檢測,以及因缺少掩模表面的保護膜而難以滿(mǎn)足無(wú)缺陷操作要求。

(3)開(kāi)發(fā)高靈敏度且具有低線(xiàn)邊緣粗糙度(Line Edge Roughness,LER1的光刻膠。

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