来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自「IMEC」，谢谢。年是极紫外(EUV)光刻技术的重要里程碑。同年，EUV构图技术首次应用于7nm技术代逻辑芯片的量产。插入以对芯片后端(BEOL)的最关键层进行图案化，它能够打印间距高达36-40纳米的金属线。凭借13.5纳米的极短波长，EUV光刻已被引入以接替纳米（浸没式）光刻——这是由瑞利方程决定的分辨率转变。根据这个等式，在晶圆曝光期间使用波长较小的光可以提高光刻工具的分辨率，从而提高其打印具有特定半间距（halfpitch）或临界尺寸(criticaldimension：CD)特征的能力。此外，nm复杂且昂贵的多重图案化要求——包括将芯片图案分成两个或更多个更简单的掩模——可以再次移回单一图案化EUV。在开发方面，研究人员一直在不断努力推动当今最先进的EUV全场扫描仪（即ASMLNXE:B）的单次打印能力。例如，今年早些时候，imec和ASML能够为lines/spaces展示28纳米间距单次曝光图形，对应于5纳米逻辑技术节点的关键BEOL金属层。这使当前的扫描仪接近其大批量制造的分辨率极限，约为13纳米（26纳米间距）。随着逻辑工艺的发展，存储器制造商越来越多地考虑使用EUV光刻来满足未来存储器的高密度要求——例如用于对关键DRAM结构进行图案化。与此同时，正在探索多图案EUV光刻选项，以将EUV推进到下一个节点。虽然这些“技巧”提供了更轻松的间距，但它们也有一个缺点：处理步骤数量增加，增加了图案化步骤的成本、复杂性和处理时间。年将标志着EUV光刻技术发展的有一个新的里程碑。届时，第一代新一代EUV光刻工具有望进入现场：高数值孔径（high-NA）EUV光刻扫描仪——新设备预计可在较少的图案化步骤中打印2纳米（及以上）逻辑芯片的最关键特征。瑞利方程再次证明了向高NA光刻的过渡是合理的，它提供了用于提高分辨率的第二个“旋钮”——增加投影镜头的数值孔径(NA)。NA控制用于形成图像的光量（更准确地说，衍射级数），从而控制图像的质量。过渡到更高NA的成像设备之前已经应用过，记住从nm干法到nm浸没式光刻的转变。当时，用水代替透镜和晶片之间的空气的光学技巧使NA增加了45%。在EUV的情况下，ASML将通过重新设计光刻系统内的光学器件，从目前的0.33NA变为0.55NA（即NA增加67%）。0.55NAEUV光刻有望最终实现8nm分辨率，对应于一次曝光中16nm间距的印刷线/间距。一个雄心勃勃的时间表.0.55NAEUV光刻将把图案化推向比当前0.33NAEUV光刻系统更小的特征。但前进的道路是雄心勃勃的。EUV光刻系统的发展可以追溯到年代，从安装第一台预生产的EUV扫描仪到最近在大批量制造中引入EUV光刻之间有十年的时间跨度。对于高NA，目标是将时间框架压缩到仅3年，并预计在年推出第一个原型（EXE：）。图1：ASML的EXE:高数值孔径EUV光刻扫描仪的渲染（由ASML提供）。在第一个highNA工具可用之前，专用实验室设备和当前一代EUV光刻工具和材料被推到了极限，以尽可能地准备新的HighNAEUV光刻技术并降低其风险。与此同时，imec正与ASML合作开设一个联合highNA实验室，在那里将建造highNA系统，与涂层和开发轨道相连，并配备计量设备。他们将共同为行业创建生态系统，以满足工艺要求，并建立伴随高数值孔径工具开发的基础设施——包括变形成像（anamorphicimaging）、新掩模技术、计量学、光刻胶筛选（resistscreening）和薄膜图案化材料开发等.下文将更详细地讨论这些发展。此外，客户将可以访问HighNA实验室来开发他们的私人HighNA用例。共同努力，满足制程和计量需求随着高数值孔径EUV光刻技术的出现，光刻胶将更薄的趋势将继续下去，最终目标是16纳米间距的印刷线/间距，对应于宽度小至8纳米的印刷线。这要求薄于20nm的光刻胶薄膜（resistfilmsthinner），以保持2:1的理想纵横比（定义为线的高度和宽度之间的比率）。使用较厚的光刻胶，纵横比会增加，随之而来的是线条坍塌（linecollapse）的风险。高数值孔径EUV光刻技术带来了使用更薄光刻胶膜的第二个原因。遵循瑞利方程，焦深(DOF)-即（aerial）图像聚焦的光刻胶高度-减少数值孔径的平方。模拟预测，相对于当前的0.33NA光刻，DOF的有效降低系数为2-3。减少的光刻胶厚度要求为高数值孔径EUV工艺带来了新的需求，包括图案转移。筛选（新）光刻胶、优化硬掩模和蚀刻工艺的选择性，以及评估超薄光刻胶时的图案化限制是imec与其材料供应商合作的主要任务。但向更小特征和更薄光刻胶膜的过渡也对计量提出了挑战。这比以往任何时候都更需要同时解决图案化和计量机会——一个服务于另一个的需求。例如，当光刻胶变得超薄时，印刷线上的材料量变得非常小，以至于用当前使用的计量工具几乎无法“看到”。例如，对于广泛使用的CD-SEM，使用较薄的光刻胶会导致图像对比度大大降低。最近的实验表明，底层（即光刻胶膜下方的层）的类型可以对SEM成像对比度产生积极影响。但是使用不同的底层来改进计量会反过来影响图案转移，需要优化蚀刻工艺。为了继续优化模式转移。图2：光刻胶膜厚度减少的演变（HP=半间距）。下面，我们将介绍最近在图案化和计量学方面的一些见解。评估模式转移的限制在期待第一个高数值孔径EUV原型系统的同时，imec使用目前最先进的0.33NAEUV光刻系统NXE:B来预测更薄的光刻胶的性能——用于lines/spaces和接触孔。早些时候，imec和ASML能够使用这款NXE:B扫描仪打印尽可能小的间距（即24nm间距lines/spaces和28nm间距接触孔），从而实现高数值孔径EUV光刻扫描仪所需的早期材料开发。例如，通过使用该工具，该团队表明，当使用较薄的光刻胶薄膜时，线边缘和线宽粗糙度(LER/LWR)（lines/spaces图案化的最关键参数之一）往往会增加。在这些实验中，使用了化学放大光刻胶(chemicallyamplifiedresists：CAR)，这是一种依赖于当EUV光子撞击表面时在光刻胶内形成的电子的化学放大的光刻胶。自年代初以来，这些CAR已在工业中得到广泛应用，并已逐渐优化以获得更好的光刻胶性能。但对于highNA光刻，业界可能需要CAR以外的光刻胶，具有更好的分辨率。因此，我们看到了新型光刻胶材料的出现，例如金属氧化物光刻胶(metaloxideresists：MOR)。我们的第一个实验似乎表明这些MOR对于更小的特征和更薄的光刻胶确实具有更好的图案转移能力。Imec与多家材料供应商合作开发这些概念并评估关键问题，例如污染风险和工艺集成挑战。图3：观察到按比例缩小EUV光刻胶膜厚度会增加线宽粗糙度(LWR)。High-NAEUVL：计量学的机会如前所述，计量的第一个主要挑战是需要应对目前使用的CD-SEM工具降低的图像对比度。Imec认为有两种方法可以解决这个问题，并继续测量印有更薄光刻胶的非常小的线条。第一种方法是调整工具的设置，使用CD-SEM工具的一些旋钮（例如扫描速率）结果证明对成像对比度有积极影响——即使在薄膜厚度低至15nm时也能看到图案；第二种方法是与imec的计量供应商密切合作，探索替代计量技术。在分辨率方面非常有前景的是例如低压扫描电镜、氦离子显微镜、散射测量……图4：减少光刻胶膜厚度（从30nm到10nm）（顶部）会对CDSEM图像对比度产生负面影响，但（中间）可以通过使用CD-SEM计量旋钮（metrologyknobs）或（底部）使用不同的底层来改善。除了例如10nm宽度的线条之外，图案中还有更小的特征需要成像。随着缩放的继续，测量LER和叠加性能（即一层与下一层的对齐程度）等参数变得更加困难——需要远低于10nm的图像分辨率。然后是缺陷，更具体地说，是随机打印失败的出现：随机、非重复、孤立的缺陷，例如微桥（microbridges）、局部断线（locallybroken）以及缺失或合并的触点。它们被认为是由能量和波长之间的基本关系产生的。随着波长越来越短——EUV光刻工作在13.5nm——来自光源的能量分布在更少的光子上。因此，只需几个光子即可创建图案。具有进一步提高分辨率和减小光刻胶厚度的高数值孔径EUV光刻技术的出现将进一步推动这种演变。Imec一直在开发方法来系统地量化EUV材料中的缺陷水平，并了解导致故障的许多因素。关键是传统上依赖光学技术的晶圆检测策略的发展和改进。最近，基于电子束的检测越来越受到

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