EUV不能只靠高NA，大功率光源也該提上日程了

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）作為目前最先進(jìn)的半導(dǎo)體制造設(shè)備，EUV***的誕生是由各個(gè)部件在技術(shù)上的集體突破才最終成型的，比如光刻膠、掩膜板和鏡組等等。但最為關(guān)鍵的還是EUV名號(hào)中的極紫外光的生成方式，也就是EUV***的光源。

EUV***的核心光源

與傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子激光直接生成的DUV光源不同，EUV采用的是一臺(tái)二氧化碳?xì)怏w激光器，通過(guò)轟擊液態(tài)錫形成等離子，從而產(chǎn)生13.5nm的EUV光源，傳入EUV的光學(xué)系統(tǒng)中。這也就是我們目前最為成熟的EUV光源，利用激光等離子體（LPP）的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在現(xiàn)有的EUV***路線圖中，我們看到ASML這樣的廠商已經(jīng)開(kāi)始在著手開(kāi)發(fā)高NA的EUV***了。這是因?yàn)樵?**曝光分辨率的公式R=kλ/NA中，進(jìn)一步提高NA就能提高分辨率，而k為工藝因子，存在著0.25的理論極限值。那么為何不進(jìn)一步減小EUV光源的波長(zhǎng)呢？

在***冗長(zhǎng)的發(fā)展歷史中，減小光源波長(zhǎng)確實(shí)是跨越世代的核心突破之一，比如365nm的i-line到248nm的KrF DUV，再到193nm的ArF DUV等。但光源的波長(zhǎng)并不是這么好減小的。

EUV光學(xué)系統(tǒng) / ASML

大家可以看一下蔡司為EUV***打造的這套光學(xué)鏡組系統(tǒng)，包含了各種復(fù)雜的反射鏡，這是因?yàn)?3.5nm的光源很容易被各種材料吸收，所以需要在真空環(huán)境中搭建這么一套系統(tǒng)，即便是現(xiàn)在的13.5nm也是不斷篩選才確定下來(lái)的。

下一步，更大功率

EUV要解決的不僅是波長(zhǎng)問(wèn)題，更重要的是，ASML的LPP EUV光源中，激光器需要達(dá)到20kW的功率，而這樣的發(fā)射功率經(jīng)過(guò)重重反射，達(dá)到焦點(diǎn)處的功率卻只有350W左右。

更小的功率并不是說(shuō)不能正常運(yùn)行，只是對(duì)于這樣一臺(tái)售價(jià)上億美元的機(jī)器來(lái)說(shuō)，這樣的功率還不足以最大化利用率，尤其是到了3nm和2nm節(jié)點(diǎn)后。據(jù)預(yù)計(jì)，為了最大化掃描速度，克服隨機(jī)效應(yīng)帶來(lái)的影響，3nm節(jié)點(diǎn)需要1500W的焦點(diǎn)功率，2nm節(jié)點(diǎn)需要2800W的焦點(diǎn)功率。而這樣的功率是目前的LPP EUV達(dá)不到的，加大EUV光源功率可以說(shuō)是迫在眉睫了。

清華大學(xué)工程物理系的唐傳祥研究組與合作團(tuán)隊(duì)，就提出了以新型粒子加速器光源“穩(wěn)態(tài)微聚束（SSMB）”來(lái)作為EUV***光源的驗(yàn)證，以實(shí)現(xiàn)更大的平均功率，讓未來(lái)的EUV***具備向比13.5nm更短的波長(zhǎng)擴(kuò)展的能力。

根據(jù)其論文中展示的數(shù)據(jù)，SSMB可以實(shí)現(xiàn)平均功率大于1kW的EUV光輸出，甚至有可能擴(kuò)展到下一代采用波長(zhǎng)6.xnm的Blue-X光刻或BEUV光刻。然而，如果想要應(yīng)用于EUV這樣短波長(zhǎng)波段，SSMB光源在激光調(diào)制器、長(zhǎng)脈沖注入系統(tǒng)和直線感應(yīng)加速器上都存在較大技術(shù)挑戰(zhàn)，所以仍需要深入研究才有機(jī)會(huì)落地。

除了SSMB外，日本等國(guó)家也在研究使用能量回收型直線加速器（ERL）的FEL（自由電子激光）方案，這種方案的極限功率更高，最高可實(shí)現(xiàn)10kW的EUV光，更重要的是，這套方案的碳足跡更低。根據(jù)日本高能加速器研究機(jī)構(gòu)給出的數(shù)據(jù)，F(xiàn)EL可以做到近LPP方案7分之一的耗電成本。不過(guò)與SSMB一樣，這類(lèi)光源也存在不少需要突破的技術(shù)難點(diǎn)，而且造價(jià)只會(huì)更高。

結(jié)語(yǔ)

雖然我國(guó)對(duì)于EUV***這類(lèi)設(shè)備的突破需求迫切，但作為當(dāng)下最復(fù)雜的半導(dǎo)體制造設(shè)備，需要從各個(gè)組件上都找到突破，全環(huán)節(jié)驗(yàn)收后才能造出這樣一臺(tái)成本高昂的機(jī)器。哪怕是ASML，也是在蔡司為其交付首個(gè)EUV光學(xué)組件系統(tǒng)的5年之后，才造出首臺(tái)原型EUV***的，實(shí)機(jī)的量產(chǎn)更是到了七八年之后。所以我們必須尋求基礎(chǔ)學(xué)科上的研究創(chuàng)新，并長(zhǎng)期投入，這樣才有彎道超車(chē)的機(jī)會(huì)。