小功能的高价格

半导体行业对更高数值孔径的推动是由NA和临界尺寸之间的关系驱动的。随着NA上升，CD下降:

λ是波长和k₁是一个过程系数。

而0.55 NA曝光系统将提高分辨率，拉里梅尔文，首席工程师Synopsys对此他指出，较小的功能总是伴随着流程成本。面积改善是否合理取决于具体的设备。

单一曝光EUV具有比自对齐的双或四重模式更少的加工步骤。事实上，EUV光刻的经济论点正是基于这种差异。然而，简单并不是故事的全部。在SADP和SAQP过程中使用的保形间隔片产生均匀的光栅，并趋于平滑线边缘粗糙度。在单曝光EUV中，光刻变化直接转移到晶圆特征上。

即将从finfet过渡到堆叠nanosheet设计强调了特征宽度控制的重要性。FinFET架构由对称的鳍片阵列构建晶体管。晶体管沟道宽度总是翅片高度的整数倍。另一方面，在纳米片设计中，“鳍”与晶圆表面平行。

图1:纳米薄片堆叠的蚀刻轮廓是极其重要的。锥形的外形会影响最终晶体管的通道宽度。资料来源:IBM Research

通道厚度取决于纳米片厚度，可以通过逐层沉积方法非常精确地控制。然而，通道宽度取决于纳米层的宽度。在最近的SPIE高级光刻和制版会议上，Eric Miller和他的同事IBM研究院解释说，在纳米晶体管中，蚀刻CD的变化直接转化为晶体管的尺寸。[1]如果没有自对准间隔器，蚀刻控制将更加困难。

CD越小，景深越小
同时，0.55 NA曝光系统的景深减小使得有效掩模更加困难。

也就是说，随着数值孔径的增加，景深比CD下降得更快。

由于景深较小，抗蚀层必须更薄，以确保曝光特征的顶部和底部都能被聚焦。然而，根据imec的Arame Thiam和同事的说法，在开发步骤中，近30%的原始抗蚀剂厚度会损失与此同时，米勒说，被绘制的特征更高更窄。较少的抵抗可用，但特征需要通过较长的蚀刻过程保护。较薄的底层和硬掩膜层可能有助于减少初始硬掩膜蚀刻必须去除的材料量。

制造商正在考虑使用金属氧化物抗蚀剂，部分是为了提高抗蚀剂和被去除材料之间的腐蚀选择性。传统的等离子体刻蚀具有众所周知的各向异性，例如以不同的速度刻蚀更窄的特征和更宽的特征，或者以不同的速度刻蚀孤立的特征和密集的特征。然而，这些都是模式依赖的，而不是真正的化学选择性的结果。更好的化学选择性提高了暴露区域和未暴露区域之间的对比。

随机变化影响设备性能。线边粗糙度、线宽粗糙度、局部CD变化等都是由于耐蚀剂和耐蚀过程中的不均匀性造成的。在某种程度上，他们测量了抗蚀剂组成分子的固有尺寸。Thiam说，如果特征缩小，而分子尺寸保持不变，线边缘粗糙度(通常指定为CD的10%或更少)可能会变得过大。干式抗蚀剂和金属氧化物抗蚀剂的核心分子比化学放大抗蚀剂使用的聚合物链更小，这是有帮助的。另一方面，由于光酸扩散，CAR特征容易模糊。这种模糊降低了整体分辨率，但可以平滑粗糙。

尽管随机变化会影响设备性能，但IBM研究中心的詹妮弗·丘奇和卢西亚娜·梅里解释说，它不一定与产量相关。在imec的测试中，Thiam的团队发现，三种不同的照明方案给出了相似的LER结果，但设备产量不同。过程学习很慢，部分原因是精确的良率分析需要对开路和短路进行电气测试。

图2:用单曝光EUV光刻技术制成的纳米片晶体管不能从自对准模式中获益。垂直蚀刻轮廓要求仔细优化蚀刻过程。资料来源:IBM Research

溶解度缺陷带来电路缺陷
虽然较小的特征更容易出现印刷缺陷和随机变异，但两者产生的原因不同。根据William Hinsberg和他的同事的说法，当预期模式的一个元素缺失时，随机缺陷就会发生一行中可能有断线，或者相邻行之间可能有桥接。接触孔可能丢失或与相邻孔合并。这些限制屈服缺陷的发生是因为缺陷位置的抗蚀剂溶解度与设计的预期不同。

在化学放大的抗蚀剂中，如果光酸发生器和猝灭器在给定位置处于平衡状态，光酸反应就会去保护所需数量的抗蚀剂分子，然后反应停止。如果存在过量的光酸，无论是由于抗蚀剂的不均匀性还是由于入射光子分布的随机性，那么会发生比预期更多的去保护，暴露的抗蚀剂面积比预期的要大。(在正色调抗蚀剂中，这意味着掩模层和蚀刻的特征将比预期的小。)如果淬火剂过量，则会发生相反的情况。随着光子、光酸发生器和猝灭剂的平均数量下降，它们分布的标准偏差上升。更有可能出现缺陷。

虽然随机缺陷的讨论通常集中在较小的横向维度上，但重要的是要记住抗蚀层是三维的。对于给定的特征尺寸，较薄的抗蚀剂含有较少的PAG和淬灭剂分子，并且更容易受到随机缺陷的影响。

能量很大，光子不多
事实上，EUV给工艺工程师带来了双重挑战。虽然Church估计，EUV照射每单位剂量产生的光子少了14倍，但确实存在的光子具有很大的能量:

其中c是光速h是普朗克常数。

业界将13.5 nm光子定义为“极紫外线”，但它们实际上属于软x射线范围，携带的射线超过10倍的能量为193nm ArF深紫外光子。它们可以穿过抗蚀层，激发二次电子或在下层激发化学反应。底层与光刻胶之间的光子驱动相互作用会降低暴露区域与未暴露区域之间的对比度。暴露区域的不完全清除会导致晶圆特征的不完全蚀刻和潜在的良率损失。

为了最大限度地减少二次反应，并最有效地利用可用的光子，抗蚀剂设计者试图增加吸收。Lam Research的Mohammed Alvi和同事估计，Lam的干式抗蚀剂吸收的光子是化学放大抗蚀剂的3到5倍。[5]但是增加吸收会减弱抗蚀层顶部和底部之间的曝光强度。理想的抗蚀剂需要合适的厚度——足够厚以保护底层不受EUV光子的侵害和屏蔽区域不受侵蚀，但又足够薄以促进整个抗蚀剂层的完整、均匀曝光。

由于抗蚀层直接吸收EUV光子，它是图案传输堆栈中最重要的部分。正如Chris Mack所言，由抗蚀剂捕获的区域图像是设计师意图的唯一指示。[6]不过，纽约州奥尔巴尼IBM研究所的工艺技术总监尼尔森·菲利克斯(Nelson Felix)解释说，单独优化抗蚀层是不够的。堆栈的其余部分提供了许多可调参数，有积极的影响也有消极的影响。曝光后烘烤的优化可以通过加速或减速去保护反应来帮助提高曝光纬度。

层之间的不兼容会导致缺陷，或者底层可以帮助补偿抗蚀剂的缺点。相对于旋转抗蚀剂，Alvi指出Lam的干抗蚀剂方案有助于非常快速的过程学习。主要光反应材料的浓度可以在晶片厂通过沉积参数进行调整。干显影过程同样灵活。

随着阻光剂层变薄，整体阻光剂的性质就不那么重要了，而阻光剂暴露与否与显影剂之间的界面就变得更加重要了。例如，图案折叠取决于粗糙度、纵横比和抗蚀剂、显影剂和底层材料之间界面的表面能当毛细管压力超过在抗蚀剂/底层界面上的粘附功时，图案就会坍塌。减小管线间距会增加毛细管压力，增加长径比也一样。干显影工艺由于没有毛细作用，降低了图案崩溃的风险。

然而，抗蚀剂的化学性质受到光学和耐蚀性要求的限制。优化它的表面能量也很困难。相反，它落在底层，以提供一个均匀的表面，以抵抗粘附和调解抵抗去除。

这么多工序，这么少时间
当制造商试图开发高na EUV暴露工艺时，需要共同优化整个抗蚀剂堆栈，这使传统的化学放大抗蚀剂具有优势。CAR抗蚀剂是由数十年的过程学习和协同优化支持的。菲利克斯说，目前，中非共和国“在这一代实现了我们的目标”。它是现有的技术，背后有一个完善的生态系统。不过，高NA EUV暴露是一个进步。对于下一代，金属氧化物抗蚀剂至少达到了同等水平，前提是其余的工艺堆栈符合要求。

参考文献
https://doi.org/10.1117/12.2614316
A.蒂亚姆等人。，“面向高NA图形化准备:P24线空间的材料、工艺和蚀刻转移”，Proc. SPIE 11854, 2021年极紫外光刻国际会议，118540A(2021年10月19日);doi: 10.1117/12.2601839
[3] Jennifer Church, Luciana Meli，“吞吐量vs.产量:回顾随机感知过程窗口分析的计量需求”，SPIE 12053，计量、检验和过程控制XXXVI, 1205306(2022年5月26日);doi: 10.1117/12.2613102
[4] William D. Hinsberg等人，“EUV抗计数统计对随机打印失败的贡献”，J. Micro/ nanopatecture。垫。地铁。20(1)014603(2021年3月2日)https://doi.org/10.1117/1.JMM.20.1.014603
[5]穆罕默德·阿尔维等。，“利用干式光刻胶系统实现零EUV图案缺陷”，Proc. SPIE PC12055，图案材料和工艺进展XXXIX, PC120550B(2022年6月13日);https://doi.org/10.1117/12.2623499
[6] Chris A. Mack，“在极紫外光刻中降低粗糙度”，J. Micro/Nanolith。MEMS MOEMS 17(4)， 041006 (2018)， doi: 10.1117/1.JMM.17.4.041006。
[7]罗伯托·法利卡等。，“极紫外光抗蚀剂的粘附和坍塌及其底层的作用”，J. Micro/ nanopatenon。垫。地铁。21(3)034601(2022年7月25日)https://doi.org/10.1117/1.JMM.21.3.034601

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