在去年年底的時候，ASML向英特爾供貨了全球首臺高數(shù)值孔徑極紫外（high NA EUV）光刻系統(tǒng)。目前，關(guān)于這臺極紫外光刻系統(tǒng)方面信息并不多。從已經(jīng)披露的媒體報道中可以看到，這臺光刻系統(tǒng)是一個龐然大物，組裝完成后的體積甚至比一輛卡車都要大。僅僅運輸這臺光刻系統(tǒng)，就需要13個集裝箱。對此，關(guān)于改進(jìn)和擴展極紫外光刻技術(shù)的工作尚未完成。在今年早些時候舉行的美國西部光電展上，有關(guān)極紫外的研討會議再次成為關(guān)注焦點。在高級光刻與圖形會議上，有三場演講涉及到了當(dāng)前不同公司對于極紫外的研究成果。

　　富士膠片公司

　　2019年，極紫外光（EUV）光刻技術(shù)終于應(yīng)用于大批量生產(chǎn)（HVM）。然而，即使使用最新合格的EUV光刻膠材料，其性能仍然無法滿足行業(yè)預(yù)期。關(guān)鍵是隨機問題。據(jù)報道，EUV光刻中的隨機因素分析總結(jié)描述了兩個主要隨機問題，即“光子隨機”和“化學(xué)隨機”。

　　過去，說到隨機問題，基本上是從EUV光源的低光子數(shù)考慮的，也就是“光子射出噪聲”。即使最近在光源功率改進(jìn)方面取得了進(jìn)展，這仍然是一個關(guān)鍵問題。然而，隨機問題不僅來自光源，還來自EUV材料和工藝，即“化學(xué)隨機”?；瘜W(xué)隨機是指光刻用的抗蝕劑材料和工藝、薄膜中的材料均勻性、薄膜中的反應(yīng)均勻性以及與顯影劑的溶解行為。

　　超紫外光刻技術(shù)用于對先進(jìn)半導(dǎo)體器件中的最小特征進(jìn)行圖案化。對功能更強的更小設(shè)備的需求，要求行業(yè)在極紫外工藝和材料方面進(jìn)行創(chuàng)新。此外，極紫外在技術(shù)演進(jìn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它能提供更高的處理能力、更低的能耗和更高的性能，從而推動半導(dǎo)體路線圖的不斷進(jìn)步。然而，極紫外光刻面臨的最大挑戰(zhàn)之一是材料要求，因為底層材料在極紫外光刻的圖案化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。與底層抗反射涂層（BARC）不同，厚度不受波長限制，而是與抗蝕劑和工藝要求相關(guān)。

　　富士膠片公司的材料研究員Keiyu Ou介紹了一種新的開發(fā)工具。在半導(dǎo)體光刻技術(shù)中，芯片制造商在晶片上涂上光刻膠，使用掩膜選擇性地曝光光刻膠，烘烤光刻膠使其硬化，然后使用顯影劑使曝光的光刻膠消失（如果是正色調(diào)光刻膠），或者使未曝光的光刻膠消失（如果是負(fù)色調(diào)光刻膠）。最終在晶片上形成圖案，以便隨后對底層薄膜進(jìn)行蝕刻和其他處理。

　　根據(jù)Keiyu Ou的介紹，富士膠片公司最初在一項EUV試驗中并不成功，因為缺陷太多，本應(yīng)分開的線或本應(yīng)存在的特征沒有接觸到。這一結(jié)果導(dǎo)致研究團隊調(diào)整了方法。“應(yīng)該進(jìn)一步減少隨機性。”Keiyu Ou在描述這個新目標(biāo)時說。

　　Keiyu Ou表示，造成問題的隨機事件源于顯影劑的化學(xué)性質(zhì)。研究人員對這些缺陷背后的機理進(jìn)行了調(diào)查，得出的結(jié)論是認(rèn)為問題出在顯影過程中抗蝕劑的膨脹。于是，他們調(diào)整了顯影劑的配方，添加了一種專有的疏水性溶劑。這種溶劑往往不與水混合，配方的這一改變使顯影劑能夠處理低至28納米間距的線條和空間，適用于剛剛進(jìn)入大批量生產(chǎn)的EUV技術(shù)版本。

　　目前，EUV光刻膠顯影劑市場競爭激烈，主要參與者包括Tokuyama、富士電子材料、昆山立邦、惠州大成微電子材料、Futurrex、江陰江華微電子材料等，這些企業(yè)的產(chǎn)品在半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)揮著重要作用。富士膠片公司的子公司富士電子材料是EUV光阻顯影劑市場的一個重要參與者。該公司提供多樣化的電子材料產(chǎn)品組合，包括用于EUV光刻技術(shù)的光刻膠顯影劑。近年來，公司憑借其強大的市場地位和持續(xù)的研發(fā)投資，見證了市場的穩(wěn)步增長。

　　ASML

　　ASML的EUV High-NA產(chǎn)品經(jīng)理Jara Garcia-Santaclara報告了在提供高數(shù)值孔徑（NA）成像工具方面取得的進(jìn)展。她指出，僅僅達(dá)到所需的分辨率是不夠的。對于客戶來說，不僅分辨率很重要，在該分辨率下提供的性能也同樣重要。制造高數(shù)值孔徑系統(tǒng)是一個長達(dá)10年的過程，從2014年開始設(shè)計工具到2023年第四季度向客戶交付第一臺工具。ASML盡可能多地使用了低數(shù)值孔徑產(chǎn)品的技術(shù)。公司還進(jìn)行了研發(fā)，旨在解決高數(shù)值孔徑本身帶來的問題。

　　問題之一就是視場的大小。從數(shù)值孔徑為0.33的低數(shù)值孔徑系統(tǒng)到數(shù)值孔徑為0.55的高數(shù)值孔徑系統(tǒng)，都是出于提高分辨率的需要。在其他條件相同的情況下，高數(shù)值孔徑系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像比低數(shù)值孔徑系統(tǒng)小40%。但是，較高的數(shù)值孔徑值也會縮小視場，這意味著不可能同時對整個大型裸片成像。

　　為了解決這個問題，業(yè)界計劃采用拼接技術(shù)，即用兩個掩膜曝光分別對芯片的兩半成像，兩半之間有少量重疊。不過，拼接技術(shù)要求對曝光強度進(jìn)行極其精細(xì)的控制，并對曝光位置進(jìn)行非常嚴(yán)格的精確控制。如果做不到這一點，縫合區(qū)域就會有缺陷，芯片就無法工作。Garcia-Santaclara在會議上展示了良好的縫合效果，驗證了所需的能力。她還指出了許多其他領(lǐng)域的進(jìn)展，例如抗蝕劑和其他材料。

　　總部位于比利時的半導(dǎo)體研究機構(gòu)Imec將在2024年先進(jìn)光刻與圖形會議上展示其在實現(xiàn)高數(shù)值孔徑極紫外光刻技術(shù)方面取得的最新成果。據(jù)稱，該公司在EUV工藝方面取得了關(guān)鍵成就包括抗蝕劑和底層開發(fā)、掩膜增強、光學(xué)接近校正開發(fā)、高分辨率場拼接、減少隨機故障以及改進(jìn)計量和檢測。

　　在High-NA EUV光刻技術(shù)中采用擬態(tài)透鏡可獲得比傳統(tǒng)掃描儀小一半的光場尺寸。因此，需要采用場拼接技術(shù)來解決這一問題，使其成為高數(shù)值孔徑光刻技術(shù)的關(guān)鍵推動因素。在此次會議上，Imec分享了其基于與ASML和掩膜車間合作伙伴在Imec NXE: 3400C掃描儀上所做的工作而實現(xiàn)高分辨率拼接的見解。

　　Imec先進(jìn)圖形、工藝和材料高級副總裁Steven Scheer表示，場拼接是實現(xiàn)高數(shù)值孔徑的一個關(guān)鍵因素。由于采用了變形透鏡（即在X和Y方向上具有不同去倍率的透鏡），因此需要進(jìn)行場拼接，從而使場尺寸達(dá)到傳統(tǒng)掃描儀場尺寸的一半。高分辨率拼接將減少為應(yīng)對掃描區(qū)域縮小而進(jìn)行設(shè)計變更的需要。

　　英特爾

　　英特爾TD工藝工程組組長Robert Browning在演講中介紹了持續(xù)改進(jìn)的案例。他討論了一種通過圖案整形來推進(jìn)極紫外成像的方法。他解釋說，這種技術(shù)采用在晶圓上打印的圖案，通過掩膜步驟和傾斜蝕刻，僅在一個方向上拉伸圖案。

　　在舉例說明時，他說只在Y方向拉長，而不在X方向拉長。在通過一次拉伸后，旋轉(zhuǎn)晶片并通過另一次拉伸，可確保拉伸在兩側(cè)均等進(jìn)行。因此，開始時的正方形可能會變成長方形，而原始圖案中的圓形則會變成橢圓形。

　　這種伸長的X和Y方向取決于工藝開始時的晶片方向。因此，拉伸方向是任意的，芯片制造商可以調(diào)整拉伸方向和程度，以獲得最大的收益。其中最主要的是，由于圖案整形可以清理粗糙的線條邊緣，因此可以將圖案化能力擴展到低于極紫外光刻技術(shù)所能達(dá)到的水平。圖案整形還可以幫助消除極紫外光刻步驟。Browning表示，這樣可以節(jié)省大量的時間和成本。這些數(shù)字加起來會非?？捎^。

　　英特爾計劃從20A工藝開始引入圖案整形，然后在18A節(jié)點之后采用高數(shù)值孔徑極紫外光。這種方法有望降低制造工藝的復(fù)雜性，避免使用EUV雙圖案化。然而，業(yè)內(nèi)一些專業(yè)人士指出，至少在初期階段，高數(shù)值孔徑極紫外光刻的成本可能會高于低數(shù)值孔徑極紫外光刻。此外，高數(shù)值孔徑極紫外光刻設(shè)備還面臨一系列具體挑戰(zhàn)，包括曝光面積減半，如上文所述。

　　這是臺積電目前采取謹(jǐn)慎態(tài)度的兩個原因。臺積電傾向于使用高性價比的成熟技術(shù)，以保證產(chǎn)品競爭力。事實上，如果回顧一下EUV技術(shù)的發(fā)展歷程，臺積電早在2019年就開始在芯片生產(chǎn)中使用EUV光刻設(shè)備，比三星晚幾個月，但比英特爾早幾年。目前，英特爾有望在高數(shù)值孔徑極紫外光刻領(lǐng)域領(lǐng)先三星和臺積電，獲得一定的技術(shù)和戰(zhàn)略優(yōu)勢，增加對客戶的吸引力。

　　根據(jù)IThome的一份報告，事實上，英特爾積極的發(fā)展路線圖包括從英特爾20A工藝開始實施RibbonFET全柵極（GAA）晶體管架構(gòu)和PowerVia背面功率傳輸技術(shù)。隨后，英特爾預(yù)計將在18A工藝中進(jìn)一步優(yōu)化，并在之后的后續(xù)工藝節(jié)點中采用高數(shù)值孔徑極紫外光刻設(shè)備。這些進(jìn)步預(yù)計將實現(xiàn)更低的功耗、更高的性能和更小的芯片尺寸。

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