在進(jìn)入High NA EUV光刻時代的前夕，imec計算技術(shù)與系統(tǒng)/計算系統(tǒng)擴(kuò)展高級副總裁Steven Scheer談到了ASML-imec聯(lián)合高NA EUV光刻實(shí)驗(yàn)室對半導(dǎo)體行業(yè)的意義。

Steven Scheer表示：“位于荷蘭費(fèi)爾德霍芬的 ASML-imec High NA EUV 聯(lián)合光刻實(shí)驗(yàn)室的開業(yè)，標(biāo)志著High NA EUV 大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用準(zhǔn)備工作取得里程碑式進(jìn)展。領(lǐng)先的內(nèi)存和邏輯芯片制造商現(xiàn)在可以使用第一臺原型High NA (0.55NA) EUV 掃描儀 (TWINSCAN EXE:5000) 和周邊基礎(chǔ)設(shè)施，包括涂層和開發(fā)軌道、計量工具以及晶圓和掩模處理系統(tǒng)。Imec 和 ASML 將支持IDM 和代工廠降低圖案化技術(shù)的風(fēng)險，并在掃描儀在其生產(chǎn)工廠投入使用之前開發(fā)私有的High NA EUV 用例。

ASML和imec還將向更廣泛的供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)提供訪問權(quán)限。開發(fā)設(shè)施將使他們能夠走在High NA EUV 專用材料和設(shè)備工程的最前沿。第三組用戶是imec 和我們在高級圖案化項(xiàng)目中的幾家合作伙伴，推動圖案化生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入下一代High NA EUV。

位于費(fèi)爾德霍芬的聯(lián)合高數(shù)值孔徑 EUV 光刻實(shí)驗(yàn)室成立的目的是加速和經(jīng)濟(jì)高效地將高數(shù)值孔徑 EUV 投入生產(chǎn)。在短時間內(nèi)，ASML 和 ZEISS 開發(fā)出了高數(shù)值孔徑 EUV 掃描儀專用解決方案，涉及光源、光學(xué)元件、鏡頭變形、拼接、減小景深 (DOF)、邊緣位置誤差 (EPE) 和套準(zhǔn)精度。

與此同時，imec 與 ASML 和我們擴(kuò)展的供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)緊密合作，準(zhǔn)備就緒0.55NA 圖案化生態(tài)系統(tǒng)——正如在 2024 年 SPIE 先進(jìn)光刻和圖案化會議上宣布的那樣。我們確保及時提供先進(jìn)的光刻膠和底層材料、光掩模、計量技術(shù)、（變形）成像策略、光學(xué)鄰近校正 (OPC) 以及第一代高數(shù)值孔徑 EUV 的集成圖案化和蝕刻技術(shù)。所有的準(zhǔn)備工作最近都促成了第一批晶圓的曝光。分別在暴露金屬氧化物光刻膠 (MOR) 和化學(xué)放大光刻膠 (CAR) 后，可以成功打印10nm 和 16nm 寬的線/空間（即 20nm 和 32nm 間距）。

現(xiàn)在，原型掃描儀和基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，預(yù)計將在2025-2026 年投入大批量生產(chǎn)?！?/span>

圖 1 - High NA 實(shí)驗(yàn)室中的 EXE:5000 High NA EUV 掃描儀展示了 16nm 線條和單次曝光中獲得的首個 10nm 密集線條。

“High NA EUV將首先應(yīng)用于14A代邏輯芯片的量產(chǎn)，它將能夠在一次曝光中實(shí)現(xiàn)間距為24nm的金屬線/間距（M0/M2）的圖案化，最終目標(biāo)是達(dá)到18nm間距。這將提高產(chǎn)量并縮短周期時間，與現(xiàn)有的多次圖案化0.33NA EUV方案相比，甚至可能減少二氧化碳排放。它最終將成為圖案化互補(bǔ)場效應(yīng)晶體管（ CFET）芯片特有的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。

隨后，它將進(jìn)入內(nèi)存芯片制造領(lǐng)域，用于對DRAM 內(nèi)存最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化。High NA EUV 預(yù)計可在一次曝光中對存儲節(jié)點(diǎn)著陸墊和位線外圍進(jìn)行成像。D0a 2D-DRAM 技術(shù)將是第一個機(jī)會，需要 28nm 中心到中心間距?！?/span>

“盡管尖端半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)是短期內(nèi)將High NA EUV 引入大批量生產(chǎn)，但imec 及其合作伙伴則著眼于更長遠(yuǎn)的目標(biāo)——旨在實(shí)現(xiàn)下一代High NA EUV。對于這些活動，ASML-imec 聯(lián)合High NA EUV 光刻實(shí)驗(yàn)室將充當(dāng) imec 設(shè)施的虛擬延伸。雖然曝光將在 Veldhoven 進(jìn)行，但部分預(yù)處理和后處理工作將繼續(xù)在 imec 的 300 毫米潔凈室中進(jìn)行。

首先，我們將密切監(jiān)測High NA EUV 原型光刻集群（即連接的掃描儀和軌道）的性能。為此，imec 已準(zhǔn)備好專用晶圓堆棧，并將基線工藝轉(zhuǎn)移到原型High NA EUV 集群。我們的團(tuán)隊(duì)將從最終分辨率（最終目標(biāo)是線/空間的金屬間距為 18nm，接觸孔的間距為 28nm）、穩(wěn)定性（例如，曝光后結(jié)構(gòu)臨界尺寸 (CD) 和缺陷密度的穩(wěn)定性）和有效焦深 (DOF) 方面評估集群。由于數(shù)值孔徑較大，DOF 預(yù)計比 0.33NA EUV 小 2-3 倍——這是在 0.55NA EUV 中使用更薄光刻膠膜的原因之一。

此外，我們與計量領(lǐng)域的合作伙伴一起，在聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開發(fā)并安裝了專用檢測工具，以監(jiān)測和改善圖案結(jié)構(gòu)的缺陷率。電子束檢測已被選為調(diào)查超小接觸孔缺陷率的主要工具。我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)業(yè)界雄心勃勃的目標(biāo)，即在測量的一百萬個接觸孔中，每個接觸孔只有一個缺陷。對于金屬線/空間，光學(xué)檢測工具與電子束相結(jié)合，以檢測和分類缺陷，并提供指導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)每立方厘米缺陷數(shù)少于一個。

最后，邏輯和 DRAM 用例正在準(zhǔn)備中。更大的工藝模塊將接受圖案分辨率和缺陷率方面的檢查，例如使用檢測工具和電氣測試的組合?！?/span>

擴(kuò)展 0.33NA EUV 活動，使Low NA EUV 和高 NA EUV 均受益

“我們潔凈室中最新一代的 0.33NA EUV 掃描儀仍然是一套互補(bǔ)的工具，有助于改善下一代High NA EUV 的圖案化生態(tài)系統(tǒng)。此外，并非所有芯片功能都需要High NA EUV——想想中間和全局片上互連線的圖案化。因此，我們也將繼續(xù)改善 0.33NA EUV 的生態(tài)系統(tǒng)。此外，一些挑戰(zhàn)——例如需要改進(jìn)抗蝕劑——在 0.33 和 0.55NA 中是共同的。

我們的“0.33NA 擴(kuò)展活動”的重點(diǎn)領(lǐng)域之一是High NA EUV 的場拼接。場拼接的必要性源于引入變形鏡頭（即在 x 和 y 方向上具有不同縮小倍率的鏡頭）與不變的掩模空白尺寸（僅允許晶圓上的半場尺寸）相結(jié)合。在 2024 年 SPIE 高級光刻 + 圖案會議上，imec 分享了其在實(shí)現(xiàn)分辨率場拼接方面的最新見解，這減少了為應(yīng)對場尺寸減小而進(jìn)行設(shè)計更改的需要。這項(xiàng)工作是在 imec 潔凈室的 NXE:3400C 掃描儀上進(jìn)行的，與 ASML 和我們的掩模合作伙伴合作。

另一個關(guān)鍵課題是光刻膠和底層開發(fā)。我們正與光刻膠供應(yīng)商一起篩選替代光刻膠材料，并根據(jù)缺陷率、粗糙度和劑量減少情況對其性能進(jìn)行基準(zhǔn)測試。

幾十年來，化學(xué)放大光刻膠 (CAR) 一直主導(dǎo)著光學(xué)光刻領(lǐng)域，并且將繼續(xù)在特定用例中占據(jù)主導(dǎo)地位。但High NA EUV 可能標(biāo)志著金屬氧化物光刻膠 (MOR) 的突破，金屬氧化物光刻膠在高分辨率線條/間隔和小六角形柱方面表現(xiàn)出色。對這些 MOR 如何與 EUV 光反應(yīng)的基礎(chǔ)研究將使我們能夠克服剩余的挑戰(zhàn)，例如它們的性能穩(wěn)定性。我們還研究了底層與光刻膠的匹配，以提高其粘附性。此外，選擇底層和光刻膠材料組合可以進(jìn)一步降低曝光劑量，從而降低（High NA）EUV 成本。

最后，我們專注于定向自組裝 (DSA)，它使用嵌段共聚物 (BCP) 的微分離來定義圖案。業(yè)界對將 DSA 與 EUV 結(jié)合使用很感興趣，因?yàn)樗軌蚪档痛植诙?、修?fù)缺陷并降低 EUV 劑量。我們的目標(biāo)是進(jìn)一步降低 DSA 圖案內(nèi)的缺陷率。從長遠(yuǎn)來看，我們將把 DSA 開發(fā)擴(kuò)展到High NA EUV。為了與High NA EUV 相關(guān)，我們必須將 DSA 圖案縮小到 24nm 間距以下。由于目前使用的 PS- b -PMMA 型嵌段共聚物無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因此我們已與 DSA 材料供應(yīng)商一起開始研究所謂的High χ BCP?！?/span>

“雖然現(xiàn)在稱其為下一個亮點(diǎn)還為時過早，但 imec 和 ASML 已經(jīng)開始了對Hyper NA EUV 的可行性研究。Hyper NA的數(shù)值孔徑甚至更高，為 0.75-0.85，可能成為 0.55NA EUV 的繼任者，使業(yè)界能夠打印間距遠(yuǎn)低于 20nm 的線條/空間，從而避免重新依賴High NA EUV 多重圖案化。

這項(xiàng)技術(shù)能否成為現(xiàn)實(shí)，將取決于行業(yè)需求，以及克服技術(shù)障礙的能力。例如，Imec 正在通過模擬研究使用 Hyper-NA EUV 進(jìn)行成像的可行性。問題之一是景深的進(jìn)一步減小，景深的減小與 NA 的平方成反比。目前可用的總景深對行業(yè)來說是否仍然可行，我們該如何處理這些受限的景深資源？但最終，與前幾代光學(xué)光刻技術(shù)一樣，決策也將取決于成本可以降低的程度。關(guān)鍵在于找到經(jīng)濟(jì)上的最佳平衡點(diǎn)——引入新技術(shù)的成本和收益開始超過“舊”技術(shù)帶來的日益增加的挑戰(zhàn)的時間點(diǎn)?！?/span>

“我們使用了我們的虛擬晶圓廠模型 imec.netzero 來量化從Low NA EUV 多重曝光過渡到High NA EUV 單次曝光對環(huán)境的影響。二氧化碳排放的主要來源是光刻步驟中的電力消耗。我們的模型顯示，在單個光刻步驟中，0.55NA EXE:5200 掃描儀比 0.33NA NXE:3800 掃描儀消耗更多電量——假設(shè) EUV 光源和晶圓吞吐量相同。這主要是因?yàn)樾枰斓木A和光罩階段來保持吞吐量，而High NA EUV 的掃描長度較短。有限的掃描是由于較大 NA 使用了變形鏡頭。

盡管High NA 掃描儀的功耗較高，但我們的模型顯示，當(dāng)用High NA 單次曝光等效裝置替換一個 EUV Low NA 光刻-光刻-蝕刻 (LELE) 通孔工藝模塊時，二氧化碳排放量總體減少了 30%。工藝簡化比平臺 加速帶來的功耗增加更重要。可以通過最大化掃描儀吞吐量（以每小時晶圓片數(shù) (wph) 為單位）來控制電力消耗。降低光刻膠劑量和管理芯片尺寸/光罩布局已被確定為保持該吞吐量的關(guān)鍵因素，因?yàn)樗鼈兌紩绊慔igh NA EUV 掃描儀完成晶圓曝光所需的時間。

圖 2 – 圖表顯示，用High NA 單次曝光替代低 NA LELE 時，CO 2當(dāng)量排放量減少 30%。兩種情況下，假設(shè)標(biāo)稱吞吐量為 220wph。

除了光刻之外，蝕刻工藝也是直接二氧化碳排放的重要來源。大多數(shù)干蝕刻工藝都依賴于氟化合物，而氟化合物的全球變暖潛能值比二氧化碳高得多。我們開發(fā)工藝和設(shè)計方向以減少這些氟化合物的排放。

除了排放之外，還有其他值得關(guān)注的領(lǐng)域，例如材料稀缺和 PFAS 等有毒物質(zhì)的使用。PFAS是半導(dǎo)體制造多個方面的內(nèi)在推動因素，包括CAR和沖洗材料。High NA EUV 可能標(biāo)志著不含 PFAS 的 MOR 的引入。我們最近展示了在薄 MOR 光刻膠中圖案化小線條/空間的良好性能，以及使用帶有二元明場掩模的 MOR 光刻膠圖案化接觸孔的良好性能。但 CAR 仍將是圖案化不太重要的芯片特征的主力。我們與供應(yīng)商社區(qū)一起，發(fā)起了新的研究計劃，探索不含 PFAS 或限量 PFAS 的替代品，并對其性能進(jìn)行基準(zhǔn)測試。

文章來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察