EUV微影技术未来面临的挑战

shuszhao

虽然已有一家领导级芯片制造商表示将从今年开始将极紫外光微影(EUVL)导入商业化量产，不过仍有一些未解决的问题，会影响其余芯片制造商在晶圆厂采用EUVL的时程；这些问题包括扫描机正常运作时间(scanner uptime，主要与光源有关)、缺乏商用光化图形光罩检测(actinic patterned mask inspection)工具，以及EUV光罩护膜(mask pellicles)准备不及。
250W光源以及相对应的光罩护膜几乎已经准备好实现每小时125片晶圆吞吐量的扫瞄机，笔者预期今年能看到高产量EUVL扫描机朝向90%正常运作时间的进展；而这应该会加速其他芯片制造领导厂商对EUVL的采用。
而商用光阻剂(resists)是否准备就绪，会是EUVL应用在未来工艺节点的主要挑战；EUV光阻剂采用二次电子化学(secondary electrons chemistry)，是与目前光阻剂完全不同的方法，我们需要弄清楚症结所在，解决去年发现的随机印刷错误(random printing failures)与微桥接(micro bridging)等问题。
在EUV波长，机率效应(stochastic effects)变得很重要；除了需要更充分了解二次电子动力学，我们还需要解决制作量产等级EUV光阻剂的纳米等级材料不均匀性(inhomogeneity)问题；五年多以来，我们已经看到实验室有一些很不错的新型光阻剂研发成果，但我们需要实际看到跟实验室成果一样好的商用方案。
还有应用于光化图形光罩检测的商用工具缺口也很需要弥补；现在光罩检测工具越来越常被应用于检测光罩缺陷，但成本高昂、效率也不高。光罩检测技术本身需要进化，朝向超越193纳米的更小波长迈进，才能在未来世代的制程提供更佳分辨率；新型EUV光源以及相应的光学技术预期将会在这方面扮演要角。
笔者预期很快会有提供商用光化图形EUV光罩检测替代方案的供应商崛起，该类工具将会采用13.5纳米电浆光源(plasma sources)或高次谐波产生技术(high harmonic generation，HHG)。
在光罩护膜方面，我不确定现在的设计与材料是否能一路扩充至500W光源，但我相信护膜设计必须要进化；我现在看到光源电压可能在未来达到500W，但不能确定哪种技术能提供500W以上的功率──锡(Sn)雷射激发电浆(Laser produced plasma，LPP)或是自由电子激光(Free Electron Laser，FEL)。
护膜设计会伴随着新材料的进化，挑战会在于测试以及将最佳技术选项整合至扫描机；电子束检测(E-beam inspection)将获益，但光学检测会因为持续超越193纳米并改善其分辨率而维持主流地位。
ASML在2017年出货了十台EUV扫描机，预计2018年的出货数字将增加一倍；有人问我，扫描机的光学组件或光罩原材料(mask blanks)供应，是否会成为其出货数量自2018年起每年成长一倍的瓶颈？我预期随着EUVL迈入量产，供应链会面临一些挑战，但目前尚未看到特别值得注意的状况。
在众家厂商之中，晶圆代工业者GlobalFoundries以制造实力、投资规模以及在EUVL技术开发上的进展而崛起，该公司具备优良的技术以及制造团队，我预期他们将会稳定扩展晶圆代工业务版图，并准备好在晶圆厂中导入EUVL技术。

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