縮短波長(cháng)可能擴展EUV藍圖？

 現在正是再次探討縮短波長(cháng)并了解其優(yōu)缺點(diǎn)的時(shí)候了。我們不知道13.5nm和1nm之間的最佳選擇，所以我將這種新技術(shù)選項稱(chēng)為Blue-X——其波長(cháng)大約介于深藍極紫外光(EUV)微影和X射線(xiàn)之間。

縮短波長(cháng)是持續擴展光學(xué)微影技術(shù)的一種選擇，著(zhù)重在短于13.5nm波長(cháng)的光源和光學(xué)元件，這些將在不久的未來(lái)實(shí)現這一技術(shù)。

升級至0.5的更高數值孔徑(NA)，將必須付出十分昂貴的代價(jià)。不僅工具成本將倍增至2.35億歐元，較大尺寸的掃描儀也需要更龐大的費用來(lái)打造更大規模的晶圓廠(chǎng)。

一旦采用高數值孔徑作業(yè)，在考慮更高數值孔徑帶來(lái)更高成本的同時(shí)，也一并想到高數值孔徑的多重曝光，這樣可能更有意義。然而，縮短波長(cháng)不僅能縮減數值孔徑，從而有助于提高解析度，同時(shí)降低工具成本以及功耗要求。

以k1系數約0.3的單次曝光為例，在13.5nm波長(cháng)時(shí)，0.33 NA達到12nm的解析度，而在0.5 NA時(shí)可提高到8nm。業(yè)界一度關(guān)注的波長(cháng)為6.7nm，但由于我們無(wú)法解決其功率問(wèn)題，使得該選項缺乏頻寬而被放棄了。

相較于采用6.7nm波長(cháng)，從0.33升級至更高NA有其優(yōu)點(diǎn)：它讓我們能保持相同的功率、多層(ML)和光罩等基礎設施。畢竟，同時(shí)承擔太多挑戰并不是個(gè)好辦法。

我們已經(jīng)了解如何根據雷射驅動(dòng)電漿(LPP)、光學(xué)元件、污染控制和光罩等方面調整功率了，接下來(lái)將能把這些學(xué)問(wèn)應用于專(zhuān)為較短波長(cháng)設計的掃描儀上。因此，我認為現在正是重新審視縮短波長(cháng)選項的時(shí)候了。我建議我們在考慮其他技術(shù)選擇的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)時(shí)，一路持續關(guān)注至1nm。

光源和光學(xué)挑戰

過(guò)去，我們已經(jīng)探索了11nm和6.6nm或6.7nm光源可能成為EUVL的較短波長(cháng)了。氙(Xenon)可以提供11nm，而針對6.X-nm，鋱(Tb)和釓(Gd)則被視為L(cháng)PP光源的材料源。

藉由增加目標材料的原子量Z，我們可以持續從LPP光源取得越來(lái)越短波長(cháng)的光子。這些高Z材料并沒(méi)有單一波長(cháng)可發(fā)射，但有一組非常接近的未辨識轉換陣列(UTA)波長(cháng)。

總發(fā)射強度將對應于UTA的總振蕩器強度，必須針對每一個(gè)可能的UTA評估其潛在的轉換效率。

這是一個(gè)很有意思的領(lǐng)域，提供了幾種有趣的功能，如晶片的K邊緣、碳窗(carbon window)和水窗(water widow)。針對水窗(X射線(xiàn)波長(cháng)范圍在2.34-4.4nm之間)近期已經(jīng)有許多關(guān)于顯微鏡應用的開(kāi)發(fā)。

然而，在產(chǎn)生這種數百瓦較短波長(cháng)光子方面存在若干挑戰。最大的挑戰之一在于驅動(dòng)雷射所需的功率。針對6.X-nm，所需功率估計約為100kW，而13.5nm則需要~40kW。

我曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)65kW CO2雷射的設計，但由于功率要求很高，此時(shí)可能值得研究其他替代雷射技術(shù)了。俗稱(chēng)「星戰計劃」(Star Wars)的美國政府戰略防御計劃目前采用的是1微米100kW雷射。

另一個(gè)具有吸引力的選擇是美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗室(Lawrence Livermore National Laboratory；LLNL)的1.2微米雷射。它可以調整至300kW，同時(shí)保持小于CO2雷射的尺寸。

當然，我們還必須關(guān)注在1.2微米時(shí)的轉換效率(CE)。1微米Nd:YAG固態(tài)雷射的CE低于10微米CO2的CE。因此，在我們確定100kW驅動(dòng)雷射的最佳選擇之前，必須先弄清楚幾件事。

傳輸效率和光阻劑

為了保持與當今掃描儀類(lèi)似的傳輸效率，我們將會(huì )需要類(lèi)似于現有的功率和ML反射率。我懷疑如果我們犧牲一部份在這些區域縮短波長(cháng)取得的增益，以縮短的波長(cháng)來(lái)看，功率要求和數值孔徑是否就能隨之降低。

6.7nm的ML反射率可能會(huì )類(lèi)似于13.5nm，因而其成為一個(gè)理想選擇。而對于其他波長(cháng)的ML，獲得高反射率的挑戰將十分困難。

在Blue-X區域探索的各種不同波長(cháng)中，由于生物應用的前景，水窗(2.34-4.4nm波長(cháng))已經(jīng)成為最主要的研究之一。例如OptiXfab最近展示用于水窗的ML收集器提升10倍性能，但反射率仍然不足30%，所以我們還有很長(cháng)的路要走。

對于較短波長(cháng)區域的ML，介面粗糙度似乎是提高反射率的限制之一。針對ML研究的新化學(xué)物質(zhì)可望有助于我們將反射率提高到可接受的數值。

正如一位ML專(zhuān)家所說(shuō)的，「我們喜歡有利的挑戰……還記得我們在13.5nm達到的成果吧？」對此，我將滿(mǎn)懷期待。讓我們看看在擁有強大UTA下，較短波長(cháng)可以為我們帶來(lái)什么。