一種基于最先進(jìn)激光器的新型實(shí)驗(yàn)室EUV光源

極紫外光刻技術(shù)是摩爾定律的潛在救星，已經(jīng)出現(xiàn)了很長(zhǎng)時(shí)間了。十多年前，相關(guān)路線圖提出EUV的時(shí)代將于2011年到來(lái)。直到去年，它才終于開始起飛。

EUV光源已達(dá)到半導(dǎo)體制造所需的200瓦水平。然而，曝光后的光刻膠中的缺陷限制了目前7納米節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)量，而未來(lái)的5納米和3納米節(jié)點(diǎn)將面臨更大的問題。現(xiàn)在，一種基于最先進(jìn)激光器的新型實(shí)驗(yàn)室EUV光源能夠?yàn)殚_發(fā)人員提供更高的空間和時(shí)間分辨率，這有助于開發(fā)人員理解并解決上述問題。

將光刻技術(shù)轉(zhuǎn)移到EUV波段意味著材料和光源的巨大變化。新的13.5納米EUV等離子體光源取代了193納米波長(zhǎng)的紫外激光器。光子能量隨著波長(zhǎng)的減小而增加，因此來(lái)自激光驅(qū)動(dòng)的新型等離子體EUV光源的每個(gè)光子所攜帶的能量是來(lái)自舊激光光源的光子的14倍。高能量光子需要新的光刻膠材料，這是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的化學(xué)問題。新近開發(fā)出來(lái)的光刻膠都遭受到看似隨機(jī)的缺陷（稱為“隨機(jī)印刷失敗”）的困擾。比利時(shí)微電子研究中心（IMEC）研究探測(cè)材料的首席科學(xué)家John Petersen說(shuō)，這個(gè)問題已經(jīng)成為EUV光刻的首要問題。

“我們需要了解正在發(fā)生的真實(shí)化學(xué)反應(yīng)。”IMEC材料和分析團(tuán)隊(duì)主管Paul van der Heide說(shuō)。為此，他們與科羅拉多州博爾德的KMLabs公司合作，在比利時(shí)建立了一個(gè)高分辨率的EUV成像和超短脈沖實(shí)驗(yàn)室。Petersen等人在2月25日至28日于圣何塞舉行的國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)先進(jìn)光刻技術(shù)會(huì)議（SPIEAdvancedLithography Conference ）上介紹了該實(shí)驗(yàn)室及他們的工作。

由KMLabs構(gòu)建的系統(tǒng)通過(guò)將來(lái)自紅外激光器的高功率脈沖聚焦到氣體中來(lái)產(chǎn)生激光的高次諧波，從而產(chǎn)生EUV脈沖。這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的脈沖持續(xù)時(shí)間從皮秒到阿秒，波長(zhǎng)可以在6.5到47納米之間調(diào)諧?？烧{(diào)諧波長(zhǎng)和可調(diào)脈沖長(zhǎng)度使得高次諧波光源比用于曝光光刻膠的更亮等離子體光源更適合測(cè)量。諧波的產(chǎn)生還會(huì)產(chǎn)生類似激光的EUV光，它可以提供非常高的分辨率，并且無(wú)需鏡頭即可成像——這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楣虘B(tài)鏡頭無(wú)法使EUV光聚焦。結(jié)果是他們得到了一個(gè)強(qiáng)大的測(cè)量工具（參見他們發(fā)表在Nature Photonics上的論文“Subwavelength coherent imaging of periodic samples using a 13.5?nm tabletop high-harmonic light source”）。

高次諧波的輸出足夠亮，可在微米級(jí)區(qū)域和低至8納米的特征尺寸上進(jìn)行高分辨率干涉成像。還可以利用它觀察到材料中極快的分子動(dòng)力學(xué)和電離過(guò)程，這對(duì)理解化學(xué)過(guò)程至關(guān)重要。許多材料供應(yīng)商正在測(cè)試抗蝕劑下面的薄層沉積以改善其性能，但他們?nèi)狈μ綔y(cè)當(dāng)該層受曝光時(shí)發(fā)生的事情的方法。Petersen說(shuō)：“我們可以利用該實(shí)驗(yàn)室來(lái)探測(cè)這些。”

利用該實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施，還可以探測(cè)棘手的隨機(jī)抗蝕劑故障，提供的數(shù)據(jù)可能有助于研究人員防止它們的發(fā)生。之后的下一步將是識(shí)別并試圖修復(fù)其他惱人的效應(yīng)。這些效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲在由單個(gè)EUV光子的高能量引起的不可避免的光子散粒噪聲之上。這種本底散粒噪聲可能會(huì)對(duì)向小于3納米節(jié)點(diǎn)的幾何尺寸擴(kuò)展構(gòu)成威脅。

然而，新的EUV系統(tǒng)也有其局限性。KMLabs的首席執(zhí)行官Kevin Fahey說(shuō)：“我們的是一種測(cè)量光源，而不是用于工廠光刻生產(chǎn)的光源?！边@光束對(duì)芯片制造來(lái)說(shuō)太弱了，但可以將它聚焦到微米級(jí)的區(qū)域，把那個(gè)區(qū)域照得足夠亮，可以實(shí)現(xiàn)具有亞波長(zhǎng)分辨率的高分辨率干涉成像以測(cè)試抗蝕劑。

KMLabs聯(lián)合創(chuàng)始人Henry Kapteyn說(shuō)：“利用高次諧波的產(chǎn)生進(jìn)行光刻并非不可能?！钡@需要有重大的新發(fā)展，可能需要幾十年的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。