有關(guān)芯片光刻路線圖的一些知識(shí)

我們所知道的第一個(gè)半導(dǎo)體路線圖可能是摩爾觀察到的，以他為名字的“摩爾定律”預(yù)計(jì)，芯片的計(jì)算能力隨著時(shí)間的增長(zhǎng)呈指數(shù)增長(zhǎng)。這促使芯片制造商定期對(duì)芯片進(jìn)行升級(jí)，而這些廠商的設(shè)備和材料供應(yīng)商也需要了解未來的技術(shù)將如何發(fā)展，因此制定了國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)半導(dǎo)體路線圖。芯片制造商之間合作，并進(jìn)行了對(duì)未來需求和挑戰(zhàn)的預(yù)測(cè)，以提供對(duì)行業(yè)發(fā)展方向和需求的公開描述。

該路線圖已演變?yōu)閲?guó)際設(shè)備和系統(tǒng)路線圖或IRDS路線圖，與ITRS路線圖的不同的是，它更多地是由上而下，而不是由下而上推導(dǎo)出來的。換句話說，它不是由芯片制造商的需求驅(qū)動(dòng)的，而是通過預(yù)測(cè)未來器件性能的進(jìn)展，然后確定什么類型的器件和結(jié)構(gòu)可以提供未來所需的性能，其中包括了很多部分。本文重點(diǎn)介紹了2021年更新的光刻路線圖中的光刻部分。

有關(guān)芯片光刻路線圖的一些知識(shí)

IRDS路線圖中More Moore部分預(yù)測(cè)了傳統(tǒng)邏輯和存儲(chǔ)芯片的改進(jìn)。這部分升級(jí)是由大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和性能改進(jìn)的一般需求驅(qū)動(dòng)的。據(jù)預(yù)測(cè)，高性能邏輯器件將推動(dòng)分辨率提高，而動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）器件的分辨率將落后于邏輯器件。非易失性存儲(chǔ)器已經(jīng)主要轉(zhuǎn)向3D堆疊，將不會(huì)提高分辨率。關(guān)鍵邏輯節(jié)點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)如圖所示。在接下來的10年里，尺寸會(huì)變得更小，然后隨著邏輯切換到3D堆疊，預(yù)計(jì)尺寸將停止縮小。

Projected logic critical dimensions

圖2顯示了2021年光刻路線圖中邏輯和DRAM預(yù)測(cè)的光刻需求。注意，節(jié)點(diǎn)的名稱用引號(hào)括起來，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)名稱不再代表任何邏輯產(chǎn)品中的實(shí)際物理維度。

邏輯和DRAM的投影光刻要求。

白色的單元格表示存在可制造解決方案來滿足這一要求，并正在進(jìn)行優(yōu)化，黃色的單元格表示已知可制造解決方案，可以實(shí)施，紅色的單元格表示未知可制造解決方案。

歷史上，光刻路線圖關(guān)注的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)就是分辨率，預(yù)計(jì)未來幾代芯片需要比目前光刻系統(tǒng)更好的分辨率。現(xiàn)在情況已經(jīng)不同了，如果使用雙重圖案化，則已經(jīng)通過在制造中使用的EUV系統(tǒng)來解決路線圖上的最小線和空間尺寸。對(duì)于接觸孔（contact holes）和其他孔類型水平（hole type levels），使用當(dāng)前工具的雙重曝光可以解決直到2025年的“1.5 nm”所需的最小間距問題?！?.5 nm”節(jié)點(diǎn)將可以使用當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)的High NA EUV工具進(jìn)行雙重曝光。在此之后，預(yù)計(jì)不需要進(jìn)一步的分辨率改進(jìn)。

包含分辨率數(shù)據(jù)的單元是黃色的，“可制造的解決方案是已知的”，其中使用EUV的雙重圖案化已經(jīng)可以產(chǎn)生這種尺寸。在沒有High NA EUV的情況下，EUV雙重圖案化是無法滿足的，或者在光刻委員會(huì)認(rèn)為雙重圖案化的圖案質(zhì)量有問題的情況下，單元被編碼為紅色，“可制造的解決方案是未知的”。

未來10年光刻技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)主要與噪聲和缺陷有關(guān)，Overlay預(yù)計(jì)也將是一個(gè)挑戰(zhàn)。

光刻路線圖的一部分是對(duì)未來挑戰(zhàn)潛在解決方案的描述。

圖3和圖4分別顯示了線和間隔以及接觸孔。在這些圖形中，水平方向是時(shí)間，也是需要圖案的最小CD。這些行反映了不同邏輯和存儲(chǔ)芯片的節(jié)點(diǎn)?；疑珬l表示節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì)何時(shí)投入生產(chǎn)。白色條形表示已選擇并正在實(shí)施的模式選項(xiàng)，但尚未投入生產(chǎn)的時(shí)間段。在這種實(shí)現(xiàn)之前的時(shí)間段內(nèi)，芯片生產(chǎn)商必須從有限的可能性集合中選擇要使用的模式選項(xiàng)，這被稱為“窄選項(xiàng)”。

Line and space potential solutions.

Contact hole potential solutions

對(duì)于線和間隔，EUV雙圖案可以為任何未來預(yù)計(jì)的臨界尺寸提供足夠的分辨率，雖然最終可能不是首選的解決方案。對(duì)于接觸孔和其他孔型圖案，NA=0.33的EUV雙圖案可能不能提供足夠的分辨率，需要新的解決方案，High NA和EUV雙圖案是一個(gè)潛在的解決方案。

隨機(jī)性（Stochastics）指的是成像過程中組件的隨機(jī)變化，可以認(rèn)為是噪聲。成像中的噪聲有多種來源，其中最主要的是由于光子噪聲引起的空間圖像的隨機(jī)變化，以及由于構(gòu)成光刻膠的化學(xué)成分的數(shù)量和位置的隨機(jī)性而引起的化學(xué)變化。

在EUV中，二次電子的產(chǎn)生和傳播也存在噪聲，而二次電子驅(qū)動(dòng)了EUV光刻膠中的輻射化學(xué)。這些噪聲因素通過影響線邊緣粗糙度(LER：line edge roughness )、線寬度粗糙度(LWR：line width roughness )和臨界尺寸均勻性(CDU：critical dimension uniformity )來影響圖案質(zhì)量。

在EUV中，噪聲也會(huì)導(dǎo)致某些類型的缺陷，如missing contacts 、line opens 以及 bridges。LER、LWR和CDU的要求隨著分辨率的變化而變化，因此當(dāng)尺寸變小時(shí)，這些要求就會(huì)變得更嚴(yán)格。

隨機(jī)變化與臨界維度的縮放方式不同，因此它們的顯著性隨著臨界維度的減小而增，這是一個(gè)光刻界一直在努力解決的矛盾。EUV的出現(xiàn)帶來了噪聲問題。對(duì)于給定的曝光能量(以單位面積能量衡量)，不僅光子少14倍，而且印刷特征尺寸大約比ARF浸沒小兩倍或更多倍，導(dǎo)致對(duì)所有噪聲源更敏感，噪聲限制了EUV可以打印的最小特征尺寸。

噪聲的一個(gè)控制因素是光刻膠的”印刷“劑量。較慢的光刻膠往往比較快的光刻膠顯示出更少的噪聲，但光刻膠越慢，EUV曝光通量越差。EUV曝光工具的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一億美元，因此這些工具的高效使用和快速吞吐量非常重要。如果未來對(duì)低噪聲成像的需求迫使使用慢速EUV光刻膠，這可能會(huì)影響半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)沿著IRDS路線圖發(fā)展的進(jìn)展。對(duì)于2020年IRDS路線圖，光刻團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了縮放計(jì)算，以預(yù)測(cè)作為關(guān)鍵尺寸函數(shù)的預(yù)期打印劑量。

我們對(duì)于噪聲問題的代理（proxy）是接觸孔印刷的預(yù)期CDU。光子統(tǒng)計(jì)量（photon statistics）、電子統(tǒng)計(jì)量（electron statistics）或接觸小孔的化學(xué)變化（chemical variation）應(yīng)該直接轉(zhuǎn)化為CD變化。

我們計(jì)算的起點(diǎn)是“7nm”邏輯節(jié)點(diǎn)，對(duì)于某些關(guān)鍵級(jí)別，該節(jié)點(diǎn)正在使用EUV進(jìn)行批量生產(chǎn)。我們假設(shè)生產(chǎn)該節(jié)點(diǎn)的晶圓廠使用最快的EUV光刻膠，仍然給出可接受的缺陷和噪聲水平。路線圖顯示了每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需的最小接觸孔尺寸和最小目標(biāo)CDU。我們將使用CDU規(guī)格用于印刷CD 15%的接觸孔，對(duì)于3.82nm的7nm接觸孔尺寸來說，這給出了預(yù)期的3σ變化。較小的CDU將需要相應(yīng)較小的CDU，在其他條件相同的情況下，將強(qiáng)制使用較慢的光刻膠。假設(shè)使用類似的單次曝光光刻膠工藝來印刷所討論的所有CD，通過計(jì)算必須改變多少光刻膠的光刻速度才能提供這種較低的CDU，我們可以預(yù)測(cè)未來所需的光刻速度。

可以認(rèn)為CD變化主要來自兩個(gè)來源：曝光中光子的散粒噪聲（shot noise）和光刻膠中發(fā)生的所有化學(xué)和電子相關(guān)過程的變化。散粒噪聲將與要打印的劑量的平方根成比例。如果所有的CDU變化僅來自于該因素，則每次目標(biāo)CD收縮30%時(shí)，印刷劑量將必須加倍，才能讓接觸孔CD變化對(duì)新節(jié)點(diǎn)和舊節(jié)點(diǎn)的比例相同。

另一方面，如果所有的CDU都是由隨機(jī)光刻膠（random resist）工藝引起的，則光刻膠必須在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上提高20%到30%，才能將CDU降低到目標(biāo)水平。這兩種限制情況都不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)橐阎饪棠z特征尺寸變化來自這兩個(gè)來源。最好的辦法就是將每個(gè)變化源（source of variation）的影響分開，分別預(yù)測(cè)每個(gè)變化源的改進(jìn)，并將各個(gè)變化元分別組合起來，以預(yù)測(cè)整體的光速變化。然而，我們無法找到適合此任務(wù)的令人滿意的噪聲源分類，因此我們使用了不同的方法。

這個(gè)K4局部臨界尺寸均勻性（LCDU：local critical dimension uniformity）的方程于2019年由GEH引入，它將LCDU計(jì)算為通過normalized image log slope（NILS）測(cè)量的空間圖像質(zhì)量、打印劑量、用于成像的光子能量和無量綱因子的函數(shù)。K4:

這個(gè)K4因子以與瑞利相同的方式測(cè)量用于使接觸孔成像的工藝和光刻膠的質(zhì)量K1因子表征給定光刻膠和工藝的分辨率。光子能量由用于所討論的工藝的波長(zhǎng)設(shè)置，因此對(duì)于我們的目的，它是一個(gè)常數(shù)，因?yàn)镋UV光刻假設(shè)用于所有曝光。NILS受曝光工具因素（如NA、像差（aberrations）和光斑（flare））、使用的照明條件、特征尺寸和掩模效應(yīng)的影響。我們選擇預(yù)測(cè)NILS從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)大致恒定，值為2.5。這等同于假設(shè)曝光工具、掩模版、工藝和設(shè)計(jì)改進(jìn)將以足以補(bǔ)償由于較小的特征尺寸，而導(dǎo)致NILS損失速率額（at a rate sufficient to compensate）發(fā)生，并且意味著從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)成像的顯著改進(jìn)。

如下文所述，我們使用這些假設(shè)來預(yù)測(cè)用于印刷臨界尺寸的EUV光刻膠的未來印刷劑量。我們?cè)?020年的SPIE微光刻會(huì)議上介紹了這項(xiàng)工作。在同一次會(huì)議上，對(duì)K4介紹了配方。在修訂后的公式中，有一個(gè)新的術(shù)語(yǔ)[e(√2πσ/P)2]如下面的等式所示，添加了包含光刻膠的blur（σ）和 pitch（P）為L(zhǎng)WR測(cè)量的特征。

這個(gè)新等式調(diào)整了K4觀察到光刻膠是圖案間距的函數(shù)。

這個(gè)新的因素“模糊間距“（blur pitch）是必要的，因?yàn)閞esist blur影響光刻膠中圖像的有效NILS。在原來那個(gè)K4等式，相同的光刻膠以不同的節(jié)距印刷將給出不同的K4數(shù)值。利用修正后的方程，K4通過間距（pitch）是恒定的。

然而，在我們對(duì)印刷的EUV劑量的預(yù)測(cè)中，隱含的是，不同的光刻膠將用于每個(gè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)臨界尺寸，并且還隱含了，光刻膠將針對(duì)被印刷的特定尺寸進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)臨界尺寸縮小時(shí)，最佳resist blur也將縮小。用于反應(yīng)擴(kuò)散的最佳resist blur被報(bào)告為半節(jié)距CD的35%，這意味著用于每個(gè)CD的優(yōu)化光刻機(jī)將具有恒定的比率σ向P。按比例減少blur并不是微不足道的，諸如二次電子blur的因素必須與諸如acid diffusion等傳統(tǒng)因素一起解決。

從歷史上看，光刻膠開發(fā)人員已經(jīng)根據(jù)需要減少了Blur，我們假設(shè)他們未來將繼續(xù)這樣做，雖然這并不是必然的，前面的等式中的blur間距因子將是常數(shù)。原來的K4，假設(shè)resist blur對(duì)于每個(gè)連續(xù)的臨界尺寸被優(yōu)化，等式表現(xiàn)出了用于外推到印刷劑量的適當(dāng)縮放。注意，該方法假設(shè)由于隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的CD控制的損失是選擇光刻膠的限制因素。但是隨機(jī)效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生不想要的缺陷，例如缺失或合并的接觸孔。據(jù)報(bào)道，這類缺陷比簡(jiǎn)單地使用其平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差來推斷CD分布更常見。了解這類缺陷形成對(duì)光刻速度和良率的影響是下一個(gè)路線圖的工作。

估計(jì)未來多久K4能夠得到改善，我們轉(zhuǎn)向歷史數(shù)據(jù)抵抗改善。2002年，Dammel17回顧了歷史上的光刻膠分辨率改進(jìn)，并將這些改進(jìn)轉(zhuǎn)化為等效K1改進(jìn)。他發(fā)現(xiàn)I線和KrF光刻膠的分辨率每年都有一致的改善，并且改善率相似。假設(shè)邏輯節(jié)點(diǎn)間隔2年，每年的分辨率改進(jìn)轉(zhuǎn)化為每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)6%的改進(jìn)。

對(duì)給定光刻膠改進(jìn)的預(yù)測(cè)，我們對(duì)恒定NILS的預(yù)測(cè)以及路線圖對(duì)LCDU的要求，然后可以計(jì)算將使K4方程工作。插入NILs的值，K4，和7nm節(jié)點(diǎn)，LCDU目標(biāo)到公式中K4給出打印的標(biāo)稱劑量36mj/cm2對(duì)于7nm臨界尺寸的接觸孔。使用6%的改進(jìn)K4對(duì)于每個(gè)連續(xù)的未來節(jié)點(diǎn)，并且使用目標(biāo)LCDU給出了要為每個(gè)未來節(jié)點(diǎn)打印的預(yù)計(jì)劑量。每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)的計(jì)劃打印劑量如圖所示。以及與前一節(jié)點(diǎn)相比，打印每個(gè)節(jié)點(diǎn)的劑量增加的百分比。每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)的計(jì)劃打印劑量如圖所示。以及與前一節(jié)點(diǎn)相比，打印每個(gè)節(jié)點(diǎn)的劑量增加的百分比，結(jié)果如圖所示。請(qǐng)注意，預(yù)計(jì)印刷劑量在2031年開始下降，因?yàn)檫壿嬊袚Q到3D堆疊，關(guān)鍵尺寸不再縮小，但預(yù)計(jì)光刻膠將繼續(xù)改善。

EUV dose to print roadmap

EUV dose to print versus critical dimension.

打印的劑量預(yù)計(jì)將上升到100mj/cm2，該預(yù)測(cè)與最近的EUV光刻膠化學(xué)的隨機(jī)模擬一致。這些模擬包括electron blur，并且他們預(yù)測(cè)，除非印刷劑量結(jié)束，否則掛你科教成分因素的任何組合都不會(huì)導(dǎo)致GIA感冒了快哦阿婆在沒有不可接受的缺陷水平的情況下，成像10nm線和間隔100mj/cm2。我們宏觀尺度的匹配K4基于該文獻(xiàn)詳細(xì)的物理特性，可以確信每個(gè)節(jié)點(diǎn)6%的改進(jìn)是可以實(shí)現(xiàn)的。

靈敏度分析表明，如果啟動(dòng)K4對(duì)于7nm邏輯節(jié)點(diǎn)假設(shè)的值或起始NILS值是變化的，則對(duì)于7nm節(jié)點(diǎn)圖案的印刷劑量將變化，但是從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的印刷劑量的百分比增加將是相同的。然而，印刷劑量的增加速率對(duì)光刻膠的改善靈敏度，如通過K4.圖7顯示了不同改善率的預(yù)期打印劑量與節(jié)點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系。

Increase in dose to print for different rates ofk4k4improvement.

如果光刻膠隨機(jī)性不隨光刻膠優(yōu)化而改善，那么印刷的光刻膠劑量將在5個(gè)節(jié)點(diǎn)上增加五倍。如果光刻膠隨機(jī)性改善這么多K4，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能提高15%，在相同的五個(gè)節(jié)點(diǎn)上，打印劑量增加不到50%?？紤]到這種對(duì)光刻膠隨機(jī)改進(jìn)速率的巨大依賴性，未來或許可能使改進(jìn)慢于或快于公布的路線圖，估計(jì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)提升6%的因素是有用的。

在已發(fā)表的關(guān)于EUV光刻膠改進(jìn)的研究中，一些研究顯示每年的改進(jìn)非常小。（參考文獻(xiàn)顯示新光刻膠落在與舊光刻膠相同的LER感光速度曲線上）。新光刻膠沿著印刷劑量和線粗糙度之間的現(xiàn)有平衡下降。但是最近的一些論文已經(jīng)顯示了用于特定應(yīng)用或特定成像條件的光刻膠有了很大的改進(jìn)。這種二分法的一部分可能是因?yàn)樵诋?dāng)前使用的兩類EUV光刻膠中，存在大部分或全部使用有機(jī)化學(xué)的化學(xué)放大光刻膠，并且大部分使用金屬氧化物作為關(guān)鍵EUV成像組分的無機(jī)光刻膠。

化學(xué)放大系統(tǒng)的工作原理在應(yīng)用于KrF和ARF成像時(shí)已得到很好的確立，基于已經(jīng)為ARF應(yīng)用中隨機(jī)性優(yōu)化的成熟機(jī)制，很難期望光刻膠可以得到快速改進(jìn)。有些人可能會(huì)爭(zhēng)辯說，噪聲的來源是眾所周知的，并且可以實(shí)現(xiàn)的LWR、LER或CDU有一個(gè)下限。

無機(jī)光刻膠是一類新的光刻膠，不限制于以前的波長(zhǎng)，因此可以預(yù)期，它們將比EUV化學(xué)放大光刻膠改進(jìn)得更快，用于EUV的基于金屬的光刻膠在性能上已經(jīng)與傳統(tǒng)的化學(xué)放大光刻膠相匹配。然而，無機(jī)光刻膠僅在 negative tone中可用，在某些應(yīng)用中比基于有機(jī)的化學(xué)放大光刻膠具有優(yōu)勢(shì)。

這里描述的方法是高層次的，并不考慮如何進(jìn)行實(shí)際改進(jìn)的細(xì)節(jié)。例如，它不考慮光刻膠中的具體問題，比如電子模糊或競(jìng)爭(zhēng)EUV引起的反應(yīng)；也不考慮替代工藝，比如，能讓低EUV劑量打印成為可能的缺陷DSA修復(fù)。這是基于我們對(duì)過去技術(shù)進(jìn)步的理解而做出的推斷，它顯示了存在哪些挑戰(zhàn)，但沒有給出解決這些挑戰(zhàn)的解決方案。從歷史上看，這個(gè)行業(yè)過去在創(chuàng)新和增量改進(jìn)方面都遇到了困難的挑戰(zhàn)，整個(gè)光刻委員會(huì)都希望這種情況在未來繼續(xù)發(fā)生。

IRDS認(rèn)為在K4上6%的改善也將代表光刻膠改進(jìn)的相當(dāng)大的速率。但是，最終這個(gè)6%的數(shù)值是一個(gè)專家委員會(huì)對(duì)未來的預(yù)測(cè)，而不是一個(gè)通過實(shí)驗(yàn)確定的數(shù)字。

由于吞吐量的減少，以及曝光工具成本的增加，預(yù)計(jì)印刷劑量的增加將給EUV用戶帶來很大的成本。一種替代方案是使用EUV雙重曝光，這將增加光刻成本，但由于光刻膠中較大的印刷尺寸而提供改進(jìn)的隨機(jī)性。比較EUV應(yīng)用的單次曝光和兩次曝光的研究已經(jīng)在進(jìn)行中。

另一種策略是接受不良的隨機(jī)因素，但找到提高圖案質(zhì)量的工藝替代方案。雙重圖案化是一種這樣的工藝，定向自組裝也顯示出能夠使用快得多的光刻膠的潛力。(一篇由G. Singh, E. Han和F. Gstrein在2020年SPIE微光刻大會(huì)上發(fā)表的論文“用DSA使摩爾定律生效”。遺憾的是，沒有會(huì)議記錄文件。2021年，參考文獻(xiàn)提交了一份后續(xù)論文。)?；蛟S能對(duì)流程改進(jìn)有所幫助。工藝改進(jìn)的一個(gè)例子，就是印刷比所需更大的通孔以獲得更少的CDU，然后通過蝕刻或一些其他工藝來縮小它們，還可能出現(xiàn)新的光刻膠類型和工藝。最近報(bào)道了關(guān)于干沉積和顯影光刻膠的工作，但是沒有足夠的公開數(shù)據(jù)來比較它們與當(dāng)前材料的隨機(jī)性。

除了與噪聲相關(guān)的模式質(zhì)量之外，還有其他挑戰(zhàn)。Edge placement error（EPE）是未來節(jié)點(diǎn)面臨的主要挑戰(zhàn)，對(duì)EPE的要求是最終特征尺寸的函數(shù)，并且EPE要求隨著CD變小而縮小。放寬印刷CD要求的工藝，如雙重圖案，通常會(huì)使EPE變得更糟糕。隨著印刷特征尺寸的減小，保持可接受的NILS將需要改進(jìn)掩模、曝光工具和源掩模優(yōu)化，以及可能的芯片設(shè)計(jì)變化，更容易成像。NA為0.55的，更高NA的EUV曝光工具預(yù)計(jì)將在2023年或2024年推出。與較低NA成像相比，這些較高NA工具將改善特定特征尺寸的NILS，這些工具將具有當(dāng)前工具的一半曝光區(qū)域大小，并且對(duì)于某些產(chǎn)品設(shè)計(jì)可能需要區(qū)域縫合。它們將需要改進(jìn)的掩模版。由于對(duì)聚焦敏感的EPE，曝光工具中較高的照明和成像角度可減小聚焦深度，并且還減小圖像對(duì)比度，但這些挑戰(zhàn)的解決方案尚未展示。

當(dāng)前行業(yè)正在積極研究替代印刷技術(shù)，如納米壓印、定向自組裝和直接寫入。納米壓印已經(jīng)顯示出實(shí)質(zhì)性的最新進(jìn)展，但沒有展現(xiàn)出用于批量存儲(chǔ)芯片生產(chǎn)的足夠的生產(chǎn)率，也沒有顯示出足夠低的缺陷水平來考慮用于前沿邏輯應(yīng)用。它還需要在用于邏輯的覆蓋方面進(jìn)行改進(jìn)，但定向自組裝仍未在批量生產(chǎn)中得到證實(shí)。雖直接寫入對(duì)于高容量芯片生產(chǎn)沒有足夠的吞吐量，但對(duì)于不需要前沿尺寸的低容量生產(chǎn)具有優(yōu)勢(shì)。最近的論文描述了正在開發(fā)的新的直接寫入工具。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，當(dāng)邏輯開始垂直發(fā)展而不是縮小關(guān)鍵尺寸時(shí)，良率和工藝復(fù)雜性將成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)。路線圖預(yù)測(cè)，3D邏輯將在2031年投入生產(chǎn)，但解決其挑戰(zhàn)和開發(fā)此類設(shè)備必須比這早得多，2021年光刻困難挑戰(zhàn)如圖所示。

IRDS 2021 lithography difficult challenges.

IRD路線圖預(yù)測(cè)，未來半導(dǎo)體面臨的挑戰(zhàn)以及應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的可能解決方案。它表明，在未來大約10年內(nèi)，邏輯器件將推動(dòng)關(guān)鍵尺寸的縮小和圖案化的改進(jìn)。之后，邏輯將切換到垂直縮放。IRDS路線圖的光刻部分解決了這些圖案化挑戰(zhàn)，包括投影圖案要求和可能的圖案選項(xiàng)。一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是成像中的噪聲。隨著印刷特征變得更小，對(duì)低缺陷和良好圖案質(zhì)量的要求將驅(qū)動(dòng)EUV印刷劑量的增加。即使假設(shè)在光刻膠、工具和其他成像基礎(chǔ)設(shè)施等方面有實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，打印的劑量也會(huì)超過100mj/cm2，預(yù)計(jì)將到2028年，才能沒有實(shí)施減輕噪聲影響的替代工藝或設(shè)計(jì)，這估計(jì)對(duì)預(yù)測(cè)的抵抗隨機(jī)性的改善靈敏度。即使假設(shè)隨機(jī)性被控制得，足夠好能給出足夠的LWR和CDU，其他因素，例如缺失或合并的特征，或者在減小的尺寸下不能可靠起作用，也可能是未來EUV使用的障礙。其他主要的挑戰(zhàn)是改進(jìn)EPE，以及高NA EUV成像的開發(fā)和實(shí)施。該行業(yè)正在積極尋求替代的圖案化技術(shù)，特別是納米壓印光刻、定向自組裝和直接寫入。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，隨著半導(dǎo)體縮放改變?yōu)?D堆疊，良率和工藝復(fù)雜性將成為特定圖案化的挑戰(zhàn)。

審核編輯 ：李倩