一種基于最先進激光器的新型實驗室EUV光源

極紫外光刻技術(shù)是摩爾定律的潛在救星，已經(jīng)出現(xiàn)了很長時間了。十多年前，相關(guān)路線圖提出EUV的時代將于2011年到來。直到去年，它才終于開始起飛。

EUV光源已達到半導體制造所需的200瓦水平。然而，曝光后的光刻膠中的缺陷限制了目前7納米節(jié)點的產(chǎn)量，而未來的5納米和3納米節(jié)點將面臨更大的問題。現(xiàn)在，一種基于最先進激光器的新型實驗室EUV光源能夠為開發(fā)人員提供更高的空間和時間分辨率，這有助于開發(fā)人員理解并解決上述問題。

將光刻技術(shù)轉(zhuǎn)移到EUV波段意味著材料和光源的巨大變化。新的13.5納米EUV等離子體光源取代了193納米波長的紫外激光器。光子能量隨著波長的減小而增加，因此來自激光驅(qū)動的新型等離子體EUV光源的每個光子所攜帶的能量是來自舊激光光源的光子的14倍。高能量光子需要新的光刻膠材料，這是一個具有挑戰(zhàn)性的化學問題。新近開發(fā)出來的光刻膠都遭受到看似隨機的缺陷（稱為“隨機印刷失敗”）的困擾。比利時微電子研究中心（IMEC）研究探測材料的首席科學家John Petersen說，這個問題已經(jīng)成為EUV光刻的首要問題。

“我們需要了解正在發(fā)生的真實化學反應?！盜MEC材料和分析團隊主管Paul van der Heide說。為此，他們與科羅拉多州博爾德的KMLabs公司合作，在比利時建立了一個高分辨率的EUV成像和超短脈沖實驗室。Petersen等人在2月25日至28日于圣何塞舉行的國際光學工程學會先進光刻技術(shù)會議（SPIEAdvancedLithography Conference ）上介紹了該實驗室及他們的工作。

由KMLabs構(gòu)建的系統(tǒng)通過將來自紅外激光器的高功率脈沖聚焦到氣體中來產(chǎn)生激光的高次諧波，從而產(chǎn)生EUV脈沖。這個過程產(chǎn)生的脈沖持續(xù)時間從皮秒到阿秒，波長可以在6.5到47納米之間調(diào)諧?？烧{(diào)諧波長和可調(diào)脈沖長度使得高次諧波光源比用于曝光光刻膠的更亮等離子體光源更適合測量。諧波的產(chǎn)生還會產(chǎn)生類似激光的EUV光，它可以提供非常高的分辨率，并且無需鏡頭即可成像——這是一個很大的優(yōu)勢，因為固態(tài)鏡頭無法使EUV光聚焦。結(jié)果是他們得到了一個強大的測量工具（參見他們發(fā)表在Nature Photonics上的論文“Subwavelength coherent imaging of periodic samples using a 13.5?nm tabletop high-harmonic light source”）。

高次諧波的輸出足夠亮，可在微米級區(qū)域和低至8納米的特征尺寸上進行高分辨率干涉成像。還可以利用它觀察到材料中極快的分子動力學和電離過程，這對理解化學過程至關(guān)重要。許多材料供應商正在測試抗蝕劑下面的薄層沉積以改善其性能，但他們?nèi)狈μ綔y當該層受曝光時發(fā)生的事情的方法。Petersen說：“我們可以利用該實驗室來探測這些?！?/p>

利用該實驗室的設施，還可以探測棘手的隨機抗蝕劑故障，提供的數(shù)據(jù)可能有助于研究人員防止它們的發(fā)生。之后的下一步將是識別并試圖修復其他惱人的效應。這些效應產(chǎn)生的噪聲在由單個EUV光子的高能量引起的不可避免的光子散粒噪聲之上。這種本底散粒噪聲可能會對向小于3納米節(jié)點的幾何尺寸擴展構(gòu)成威脅。

然而，新的EUV系統(tǒng)也有其局限性。KMLabs的首席執(zhí)行官Kevin Fahey說：“我們的是一種測量光源，而不是用于工廠光刻生產(chǎn)的光源?！边@光束對芯片制造來說太弱了，但可以將它聚焦到微米級的區(qū)域，把那個區(qū)域照得足夠亮，可以實現(xiàn)具有亞波長分辨率的高分辨率干涉成像以測試抗蝕劑。

KMLabs聯(lián)合創(chuàng)始人Henry Kapteyn說：“利用高次諧波的產(chǎn)生進行光刻并非不可能。”但這需要有重大的新發(fā)展，可能需要幾十年的時間才能實現(xiàn)。