有關(guān)芯片光刻路線圖的一些知識(shí)分享

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)間的增長呈指數(shù)增長。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，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H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，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)測用于印刷臨界尺寸的EUV光刻膠的未來印刷劑量。我們在2020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[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LWR測量的特征。

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，我們對(duì)恒定NILS的預(yù)測以及路線圖對(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，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，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。

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，比如電子模糊或競爭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，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。)。或許能對(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。最近的論文描述了正在開發(fā)的新的直接寫入工具。

從長遠(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，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，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：劉清