光源問(wèn)題仍是EUV光刻技術(shù)中的難題
[導(dǎo)讀]GlobalFoundries公司的光刻技術(shù)專家Obert Wood在最近召開(kāi)的高級(jí)半導(dǎo)體制造技術(shù)會(huì)議ASMC2011上表示，盡管業(yè)界在改善EUV光刻機(jī)用光源技術(shù)方面取得了一定成效，但光源問(wèn)題仍是EUV光 刻技術(shù)成熟過(guò)程中最“忐忑”的因素。
GlobalFoundries公司的光刻技術(shù)專家Obert Wood在最近召開(kāi)的高級(jí)半導(dǎo)體制造技術(shù)會(huì)議ASMC2011上表示，盡管業(yè)界在改善EUV光刻機(jī)用光源技術(shù)方面取得了一定成效，但光源問(wèn)題仍是EUV光 刻技術(shù)成熟過(guò)程中最“忐忑”的因素。
Obert Wood現(xiàn)在GlobalFoundries任職技術(shù)經(jīng)理，負(fù)責(zé)管理光刻技術(shù)的研發(fā)，同時(shí)他還在 Albany研發(fā)技術(shù)聯(lián)盟中擔(dān)任管理職務(wù)。他早年還曾在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作了30多年，而貝爾實(shí)驗(yàn)室則是最早開(kāi)始支持EUV光刻技術(shù)的單位之一。EUV光刻技 術(shù)所使用的光波波長(zhǎng)要比現(xiàn)用的193nm光刻技術(shù)降低了15倍以上，僅13.4nm。
Wood表示，目前EUV光刻機(jī)可用的光源及其功率等級(jí)有：
1-Cymer公司生產(chǎn)的可用功率為11W的激光等離子體光源(LPP);
2-Xtreme公司生產(chǎn)的可用功率為7W的放電等離子體光源(DPP);
3-Gigaphoton公司生產(chǎn)的LPP光源。
他同時(shí)提醒與會(huì)者注意，光源設(shè)備生產(chǎn)公司在宣傳和銷售光源產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)當(dāng)標(biāo)出光源的有用功率而不是用峰值功率或其它功率來(lái)忽悠客戶。
EUV光源功率問(wèn)題仍然令人擔(dān)憂：
會(huì)上他還表示，EUV光刻機(jī)光源的可用功率必須增加到100W級(jí)別才能保證光刻機(jī)的產(chǎn)出量達(dá)到60片每小時(shí)，這也是芯片商業(yè)化生產(chǎn)的最低產(chǎn)出量要求，“然而，按目前EUV光源的研發(fā)狀態(tài)，只能夠達(dá)到每小時(shí)5片晶圓的產(chǎn)出量水平?！?br>
除了最近舉辦的ASMC2011之外，即將于7月13日開(kāi)幕的Semicon West大會(huì)上，EUV光刻技術(shù)研發(fā)的各界人士還將對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的最新發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行匯報(bào)。這次會(huì)議上將設(shè)置一個(gè)“高級(jí)光刻技術(shù)”的研討環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)則會(huì)邀請(qǐng)4位業(yè)內(nèi)專家討論EUV光刻技術(shù)的光源，光刻機(jī)本體，光掩膜板技術(shù)等方面的最近進(jìn)展.另外這次會(huì)議上來(lái)自Cymer， Xtreme Technologies，ASML以及Sematech組織的多位技術(shù)專家將舉辦多場(chǎng)與EUV光刻技術(shù)的演講匯報(bào)會(huì)。
ASML公司已經(jīng)售出了三臺(tái)NXE:3100試產(chǎn)型EUV光刻機(jī)(嚴(yán)格地說(shuō)應(yīng)該是已經(jīng)完成了在客戶廠房?jī)?nèi)安裝3臺(tái)NXE:3100的任務(wù))，在推出升級(jí)版本的正式量產(chǎn)型NXE:3300B機(jī)型前，他們的計(jì)劃是將NXE:3100機(jī)型的銷售量增加到6臺(tái)或7臺(tái)水平,NXE:3300B機(jī)型的產(chǎn)出量預(yù)計(jì)為125片晶圓每小時(shí)。
Wood表示，在未來(lái)的幾年內(nèi)，EUV光源設(shè)備的可用功率必須進(jìn)一步增加到350-400W水平。他并認(rèn)為L(zhǎng)PP光源在功率拓展方面的優(yōu)勢(shì)更大，但是設(shè)備的復(fù)雜程度也更高;而DPP光源則主要在設(shè)備壽命方面存在隱患。
“EUV光刻設(shè)備的產(chǎn)出量要達(dá)到60-100片每小時(shí)水平范圍，才能滿足對(duì)經(jīng)濟(jì)性的最低要求。而大批量生產(chǎn)用的EUV光刻機(jī)則需要使用400W有用功率水平的光源設(shè)備，才能保證產(chǎn)出量達(dá)到或超過(guò)100片每小時(shí)的水平。這就是眼下EUV光刻技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)?！痹谶@樣的產(chǎn)出量水平上，EUV光刻機(jī)本體的功率消耗約在350千瓦，Wood認(rèn)為：“從生產(chǎn)成本上看，耗電量是光刻機(jī)的大頭，但這并非不可實(shí)現(xiàn)?！?br>
他表示：“除了EUV耗電量之外，最大的問(wèn)題就是EUV光刻用光掩膜版的襯底制作技術(shù)，以及光源功率的問(wèn)題。我個(gè)人認(rèn)為這兩個(gè)問(wèn)題是很難搞定的?！?br>
EUV光刻技術(shù)相比現(xiàn)有的193nm液浸式光刻+雙重成像技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱193i+DP)的組合在刻制小尺寸圖像時(shí)有許多優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)勢(shì)不僅僅存在于與193i+DP技術(shù)昂貴的成本的對(duì)比中。Wood在會(huì)上展示了兩張分別使用193i+DP和EUV光刻機(jī)刻制的電路圖像，并稱EUV光刻機(jī)在系統(tǒng)的k1值僅0.74，NA數(shù)值孔徑值為0.25的水平上，刻制出的圖像要比k1值0.28，NA值1.35的193i+DP所刻制的圖像質(zhì)量高很多。
液浸式光刻系統(tǒng)的k1值極限約在0.25左右，超過(guò)這個(gè)限值，光阻膠的對(duì)比度參數(shù)便會(huì)急劇下降，因此“刻制10nm制程芯片(電路圖像半節(jié)距尺寸為20nm)時(shí)，要想繼續(xù)使用193i光刻(原文為ArF光刻，其實(shí)就是指193nm光刻)技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)難度會(huì)非常之大?！?br>
掩膜坯瑕疵問(wèn)題仍需改進(jìn)：
另外，要制作出無(wú)瑕疵的掩膜坯(mask blank：即尚未刻出圖案的掩膜板)則是另外一個(gè)EUV光刻技術(shù)走向成熟需要解決的主要問(wèn)題。“經(jīng)過(guò)多年研究，業(yè)內(nèi)制作光掩膜襯底的瑕疵水平已經(jīng)達(dá)到每片24個(gè)瑕疵，這樣的瑕疵控制水平對(duì)存儲(chǔ)用芯片的制造來(lái)說(shuō)已經(jīng)可以滿足要求，但是仍無(wú)法滿足制作邏輯芯片的要求?！?br>
并非一片漆黑：
當(dāng)然EUV光刻技術(shù)也取得了許多成效。比如ASML公司便如期完成的既定的機(jī)臺(tái)制造銷售計(jì)劃，而IMEC,三星，Intel這三家公司則被認(rèn)為是ASML生產(chǎn)的NXE: 3100的最早一批用戶。其中IMEC所安裝的NXE: 3100機(jī)型采用的是Xtreme公司生產(chǎn)的DPP光源系統(tǒng);而三星所安裝的那臺(tái)則使用的是Cymer公司的LPP光源系統(tǒng)。
Wood表示，這種光刻機(jī)的性能表現(xiàn)已經(jīng)超過(guò)了人們的預(yù)期。EUV光刻機(jī)的光學(xué)路徑上共設(shè)有11個(gè)反射源，每一個(gè)反射鏡都必須盡可能地將照射到鏡片上的光反射出去，鏡片本身則要最小限度地吸收光能量?！皩?duì)EUV光刻系統(tǒng)的鏡片而言，反射率變動(dòng)1%便是很高水平的變動(dòng)了?！彼瑫r(shí)贊揚(yáng)了Zeiss, 尼康以及佳能等鏡片制作公司在這方面的優(yōu)異表現(xiàn)。
EUV技術(shù)的未來(lái)發(fā)展路徑：
到2013年，6反射鏡設(shè)計(jì)的EUV光刻系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA可從現(xiàn)有的0.25水平增加到0.32(通過(guò)增大鏡徑等手段).再進(jìn)一步發(fā)展下去，8反射鏡設(shè)計(jì)，并采用中心遮攔(central obscuration)技術(shù)的EUV光刻系統(tǒng)的NA值則可達(dá)到0.7左右。
再進(jìn)一步應(yīng)用La/B4C材料制作反射鏡涂層，還可以允許將EUV光刻系統(tǒng)的光波波長(zhǎng)進(jìn)一步減小到6.67nm。將高NA值與更短波長(zhǎng)光波技術(shù)結(jié)合在一起，EUV光刻技術(shù)的應(yīng)用可推進(jìn)到10nm以上等級(jí)制程。
Obert Wood現(xiàn)在GlobalFoundries任職技術(shù)經(jīng)理，負(fù)責(zé)管理光刻技術(shù)的研發(fā)，同時(shí)他還在 Albany研發(fā)技術(shù)聯(lián)盟中擔(dān)任管理職務(wù)。他早年還曾在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作了30多年，而貝爾實(shí)驗(yàn)室則是最早開(kāi)始支持EUV光刻技術(shù)的單位之一。EUV光刻技 術(shù)所使用的光波波長(zhǎng)要比現(xiàn)用的193nm光刻技術(shù)降低了15倍以上，僅13.4nm。
Wood表示，目前EUV光刻機(jī)可用的光源及其功率等級(jí)有：
1-Cymer公司生產(chǎn)的可用功率為11W的激光等離子體光源(LPP);
2-Xtreme公司生產(chǎn)的可用功率為7W的放電等離子體光源(DPP);
3-Gigaphoton公司生產(chǎn)的LPP光源。
他同時(shí)提醒與會(huì)者注意，光源設(shè)備生產(chǎn)公司在宣傳和銷售光源產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)當(dāng)標(biāo)出光源的有用功率而不是用峰值功率或其它功率來(lái)忽悠客戶。
EUV光源功率問(wèn)題仍然令人擔(dān)憂：
會(huì)上他還表示，EUV光刻機(jī)光源的可用功率必須增加到100W級(jí)別才能保證光刻機(jī)的產(chǎn)出量達(dá)到60片每小時(shí)，這也是芯片商業(yè)化生產(chǎn)的最低產(chǎn)出量要求，“然而，按目前EUV光源的研發(fā)狀態(tài)，只能夠達(dá)到每小時(shí)5片晶圓的產(chǎn)出量水平?！?br>
除了最近舉辦的ASMC2011之外，即將于7月13日開(kāi)幕的Semicon West大會(huì)上，EUV光刻技術(shù)研發(fā)的各界人士還將對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的最新發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行匯報(bào)。這次會(huì)議上將設(shè)置一個(gè)“高級(jí)光刻技術(shù)”的研討環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)則會(huì)邀請(qǐng)4位業(yè)內(nèi)專家討論EUV光刻技術(shù)的光源，光刻機(jī)本體，光掩膜板技術(shù)等方面的最近進(jìn)展.另外這次會(huì)議上來(lái)自Cymer， Xtreme Technologies，ASML以及Sematech組織的多位技術(shù)專家將舉辦多場(chǎng)與EUV光刻技術(shù)的演講匯報(bào)會(huì)。
ASML公司已經(jīng)售出了三臺(tái)NXE:3100試產(chǎn)型EUV光刻機(jī)(嚴(yán)格地說(shuō)應(yīng)該是已經(jīng)完成了在客戶廠房?jī)?nèi)安裝3臺(tái)NXE:3100的任務(wù))，在推出升級(jí)版本的正式量產(chǎn)型NXE:3300B機(jī)型前，他們的計(jì)劃是將NXE:3100機(jī)型的銷售量增加到6臺(tái)或7臺(tái)水平,NXE:3300B機(jī)型的產(chǎn)出量預(yù)計(jì)為125片晶圓每小時(shí)。
Wood表示，在未來(lái)的幾年內(nèi)，EUV光源設(shè)備的可用功率必須進(jìn)一步增加到350-400W水平。他并認(rèn)為L(zhǎng)PP光源在功率拓展方面的優(yōu)勢(shì)更大，但是設(shè)備的復(fù)雜程度也更高;而DPP光源則主要在設(shè)備壽命方面存在隱患。
“EUV光刻設(shè)備的產(chǎn)出量要達(dá)到60-100片每小時(shí)水平范圍，才能滿足對(duì)經(jīng)濟(jì)性的最低要求。而大批量生產(chǎn)用的EUV光刻機(jī)則需要使用400W有用功率水平的光源設(shè)備，才能保證產(chǎn)出量達(dá)到或超過(guò)100片每小時(shí)的水平。這就是眼下EUV光刻技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)?！痹谶@樣的產(chǎn)出量水平上，EUV光刻機(jī)本體的功率消耗約在350千瓦，Wood認(rèn)為：“從生產(chǎn)成本上看，耗電量是光刻機(jī)的大頭，但這并非不可實(shí)現(xiàn)?！?br>
他表示：“除了EUV耗電量之外，最大的問(wèn)題就是EUV光刻用光掩膜版的襯底制作技術(shù)，以及光源功率的問(wèn)題。我個(gè)人認(rèn)為這兩個(gè)問(wèn)題是很難搞定的?！?br>
EUV光刻技術(shù)相比現(xiàn)有的193nm液浸式光刻+雙重成像技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱193i+DP)的組合在刻制小尺寸圖像時(shí)有許多優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)勢(shì)不僅僅存在于與193i+DP技術(shù)昂貴的成本的對(duì)比中。Wood在會(huì)上展示了兩張分別使用193i+DP和EUV光刻機(jī)刻制的電路圖像，并稱EUV光刻機(jī)在系統(tǒng)的k1值僅0.74，NA數(shù)值孔徑值為0.25的水平上，刻制出的圖像要比k1值0.28，NA值1.35的193i+DP所刻制的圖像質(zhì)量高很多。
液浸式光刻系統(tǒng)的k1值極限約在0.25左右，超過(guò)這個(gè)限值，光阻膠的對(duì)比度參數(shù)便會(huì)急劇下降，因此“刻制10nm制程芯片(電路圖像半節(jié)距尺寸為20nm)時(shí)，要想繼續(xù)使用193i光刻(原文為ArF光刻，其實(shí)就是指193nm光刻)技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)難度會(huì)非常之大?！?br>
掩膜坯瑕疵問(wèn)題仍需改進(jìn)：
另外，要制作出無(wú)瑕疵的掩膜坯(mask blank：即尚未刻出圖案的掩膜板)則是另外一個(gè)EUV光刻技術(shù)走向成熟需要解決的主要問(wèn)題。“經(jīng)過(guò)多年研究，業(yè)內(nèi)制作光掩膜襯底的瑕疵水平已經(jīng)達(dá)到每片24個(gè)瑕疵，這樣的瑕疵控制水平對(duì)存儲(chǔ)用芯片的制造來(lái)說(shuō)已經(jīng)可以滿足要求，但是仍無(wú)法滿足制作邏輯芯片的要求?！?br>
并非一片漆黑：
當(dāng)然EUV光刻技術(shù)也取得了許多成效。比如ASML公司便如期完成的既定的機(jī)臺(tái)制造銷售計(jì)劃，而IMEC,三星，Intel這三家公司則被認(rèn)為是ASML生產(chǎn)的NXE: 3100的最早一批用戶。其中IMEC所安裝的NXE: 3100機(jī)型采用的是Xtreme公司生產(chǎn)的DPP光源系統(tǒng);而三星所安裝的那臺(tái)則使用的是Cymer公司的LPP光源系統(tǒng)。
Wood表示，這種光刻機(jī)的性能表現(xiàn)已經(jīng)超過(guò)了人們的預(yù)期。EUV光刻機(jī)的光學(xué)路徑上共設(shè)有11個(gè)反射源，每一個(gè)反射鏡都必須盡可能地將照射到鏡片上的光反射出去，鏡片本身則要最小限度地吸收光能量?！皩?duì)EUV光刻系統(tǒng)的鏡片而言，反射率變動(dòng)1%便是很高水平的變動(dòng)了?！彼瑫r(shí)贊揚(yáng)了Zeiss, 尼康以及佳能等鏡片制作公司在這方面的優(yōu)異表現(xiàn)。
EUV技術(shù)的未來(lái)發(fā)展路徑：
到2013年，6反射鏡設(shè)計(jì)的EUV光刻系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA可從現(xiàn)有的0.25水平增加到0.32(通過(guò)增大鏡徑等手段).再進(jìn)一步發(fā)展下去，8反射鏡設(shè)計(jì)，并采用中心遮攔(central obscuration)技術(shù)的EUV光刻系統(tǒng)的NA值則可達(dá)到0.7左右。
再進(jìn)一步應(yīng)用La/B4C材料制作反射鏡涂層，還可以允許將EUV光刻系統(tǒng)的光波波長(zhǎng)進(jìn)一步減小到6.67nm。將高NA值與更短波長(zhǎng)光波技術(shù)結(jié)合在一起，EUV光刻技術(shù)的應(yīng)用可推進(jìn)到10nm以上等級(jí)制程。
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