光源问题仍是EUV光刻技术中的难题
时间：2011-06-23 07:36:00
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[导读]GlobalFoundries公司的光刻技术专家Obert Wood在最近召开的高级半导体制造技术会议ASMC2011上表示，尽管业界在改善EUV光刻机用光源技术方面取得了一定成效，但光源问题仍是EUV光 刻技术成熟过程中最“忐忑”的因素。
GlobalFoundries公司的光刻技术专家Obert Wood在最近召开的高级半导体制造技术会议ASMC2011上表示，尽管业界在改善EUV光刻机用光源技术方面取得了一定成效，但光源问题仍是EUV光 刻技术成熟过程中最“忐忑”的因素。
Obert Wood现在GlobalFoundries任职技术经理，负责管理光刻技术的研发，同时他还在 Albany研发技术联盟中担任管理职务。他早年还曾在贝尔实验室工作了30多年，而贝尔实验室则是最早开始支持EUV光刻技术的单位之一。EUV光刻技 术所使用的光波波长要比现用的193nm光刻技术降低了15倍以上，仅13.4nm。
Wood表示，目前EUV光刻机可用的光源及其功率等级有：
1-Cymer公司生产的可用功率为11W的激光等离子体光源(LPP);
2-Xtreme公司生产的可用功率为7W的放电等离子体光源(DPP);
3-Gigaphoton公司生产的LPP光源。
他同时提醒与会者注意，光源设备生产公司在宣传和销售光源产品时，应当标出光源的有用功率而不是用峰值功率或其它功率来忽悠客户。
EUV光源功率问题仍然令人担忧：
会上他还表示，EUV光刻机光源的可用功率必须增加到100W级别才能保证光刻机的产出量达到60片每小时，这也是芯片商业化生产的最低产出量要求，“然而，按目前EUV光源的研发状态，只能够达到每小时5片晶圆的产出量水平。”
除了最近举办的ASMC2011之外，即将于7月13日开幕的Semicon West大会上，EUV光刻技术研发的各界人士还将对这项技术的最新发展状态进行汇报。这次会议上将设置一个“高级光刻技术”的研讨环节，该环节则会邀请4位业内专家讨论EUV光刻技术的光源，光刻机本体，光掩膜板技术等方面的最近进展.另外这次会议上来自Cymer， Xtreme Technologies，ASML以及Sematech组织的多位技术专家将举办多场与EUV光刻技术的演讲汇报会。
ASML公司已经售出了三台NXE:3100试产型EUV光刻机(严格地说应该是已经完成了在客户厂房内安装3台NXE:3100的任务)，在推出升级版本的正式量产型NXE:3300B机型前，他们的计划是将NXE:3100机型的销售量增加到6台或7台水平,NXE:3300B机型的产出量预计为125片晶圆每小时。
Wood表示，在未来的几年内，EUV光源设备的可用功率必须进一步增加到350-400W水平。他并认为LPP光源在功率拓展方面的优势更大，但是设备的复杂程度也更高;而DPP光源则主要在设备寿命方面存在隐患。
“EUV光刻设备的产出量要达到60-100片每小时水平范围，才能满足对经济性的最低要求。而大批量生产用的EUV光刻机则需要使用400W有用功率水平的光源设备，才能保证产出量达到或超过100片每小时的水平。这就是眼下EUV光刻技术所面临的挑战。”在这样的产出量水平上，EUV光刻机本体的功率消耗约在350千瓦，Wood认为：“从生产成本上看，耗电量是光刻机的大头，但这并非不可实现。”
他表示：“除了EUV耗电量之外，最大的问题就是EUV光刻用光掩膜版的衬底制作技术，以及光源功率的问题。我个人认为这两个问题是很难搞定的。”
EUV光刻技术相比现有的193nm液浸式光刻+双重成像技术(以下简称193i+DP)的组合在刻制小尺寸图像时有许多优点，这些优势不仅仅存在于与193i+DP技术昂贵的成本的对比中。Wood在会上展示了两张分别使用193i+DP和EUV光刻机刻制的电路图像，并称EUV光刻机在系统的k1值仅0.74，NA数值孔径值为0.25的水平上，刻制出的图像要比k1值0.28，NA值1.35的193i+DP所刻制的图像质量高很多。
液浸式光刻系统的k1值极限约在0.25左右，超过这个限值，光阻胶的对比度参数便会急剧下降，因此“刻制10nm制程芯片(电路图像半节距尺寸为20nm)时，要想继续使用193i光刻(原文为ArF光刻，其实就是指193nm光刻)技术，其实现难度会非常之大。”
掩膜坯瑕疵问题仍需改进：
另外，要制作出无瑕疵的掩膜坯(mask blank：即尚未刻出图案的掩膜板)则是另外一个EUV光刻技术走向成熟需要解决的主要问题。“经过多年研究，业内制作光掩膜衬底的瑕疵水平已经达到每片24个瑕疵，这样的瑕疵控制水平对存储用芯片的制造来说已经可以满足要求，但是仍无法满足制作逻辑芯片的要求。”
并非一片漆黑：
当然EUV光刻技术也取得了许多成效。比如ASML公司便如期完成的既定的机台制造销售计划，而IMEC,三星，Intel这三家公司则被认为是ASML生产的NXE: 3100的最早一批用户。其中IMEC所安装的NXE: 3100机型采用的是Xtreme公司生产的DPP光源系统;而三星所安装的那台则使用的是Cymer公司的LPP光源系统。
Wood表示，这种光刻机的性能表现已经超过了人们的预期。EUV光刻机的光学路径上共设有11个反射源，每一个反射镜都必须尽可能地将照射到镜片上的光反射出去，镜片本身则要最小限度地吸收光能量。“对EUV光刻系统的镜片而言，反射率变动1%便是很高水平的变动了。”他同时赞扬了Zeiss, 尼康以及佳能等镜片制作公司在这方面的优异表现。
EUV技术的未来发展路径：
到2013年，6反射镜设计的EUV光刻系统的数值孔径NA可从现有的0.25水平增加到0.32(通过增大镜径等手段).再进一步发展下去，8反射镜设计，并采用中心遮拦(central obscuration)技术的EUV光刻系统的NA值则可达到0.7左右。
再进一步应用La/B4C材料制作反射镜涂层，还可以允许将EUV光刻系统的光波波长进一步减小到6.67nm。将高NA值与更短波长光波技术结合在一起，EUV光刻技术的应用可推进到10nm以上等级制程。
Obert Wood现在GlobalFoundries任职技术经理，负责管理光刻技术的研发，同时他还在 Albany研发技术联盟中担任管理职务。他早年还曾在贝尔实验室工作了30多年，而贝尔实验室则是最早开始支持EUV光刻技术的单位之一。EUV光刻技 术所使用的光波波长要比现用的193nm光刻技术降低了15倍以上，仅13.4nm。
Wood表示，目前EUV光刻机可用的光源及其功率等级有：
1-Cymer公司生产的可用功率为11W的激光等离子体光源(LPP);
2-Xtreme公司生产的可用功率为7W的放电等离子体光源(DPP);
3-Gigaphoton公司生产的LPP光源。
他同时提醒与会者注意，光源设备生产公司在宣传和销售光源产品时，应当标出光源的有用功率而不是用峰值功率或其它功率来忽悠客户。
EUV光源功率问题仍然令人担忧：
会上他还表示，EUV光刻机光源的可用功率必须增加到100W级别才能保证光刻机的产出量达到60片每小时，这也是芯片商业化生产的最低产出量要求，“然而，按目前EUV光源的研发状态，只能够达到每小时5片晶圆的产出量水平。”
除了最近举办的ASMC2011之外，即将于7月13日开幕的Semicon West大会上，EUV光刻技术研发的各界人士还将对这项技术的最新发展状态进行汇报。这次会议上将设置一个“高级光刻技术”的研讨环节，该环节则会邀请4位业内专家讨论EUV光刻技术的光源，光刻机本体，光掩膜板技术等方面的最近进展.另外这次会议上来自Cymer， Xtreme Technologies，ASML以及Sematech组织的多位技术专家将举办多场与EUV光刻技术的演讲汇报会。
ASML公司已经售出了三台NXE:3100试产型EUV光刻机(严格地说应该是已经完成了在客户厂房内安装3台NXE:3100的任务)，在推出升级版本的正式量产型NXE:3300B机型前，他们的计划是将NXE:3100机型的销售量增加到6台或7台水平,NXE:3300B机型的产出量预计为125片晶圆每小时。
Wood表示，在未来的几年内，EUV光源设备的可用功率必须进一步增加到350-400W水平。他并认为LPP光源在功率拓展方面的优势更大，但是设备的复杂程度也更高;而DPP光源则主要在设备寿命方面存在隐患。
“EUV光刻设备的产出量要达到60-100片每小时水平范围，才能满足对经济性的最低要求。而大批量生产用的EUV光刻机则需要使用400W有用功率水平的光源设备，才能保证产出量达到或超过100片每小时的水平。这就是眼下EUV光刻技术所面临的挑战。”在这样的产出量水平上，EUV光刻机本体的功率消耗约在350千瓦，Wood认为：“从生产成本上看，耗电量是光刻机的大头，但这并非不可实现。”
他表示：“除了EUV耗电量之外，最大的问题就是EUV光刻用光掩膜版的衬底制作技术，以及光源功率的问题。我个人认为这两个问题是很难搞定的。”
EUV光刻技术相比现有的193nm液浸式光刻+双重成像技术(以下简称193i+DP)的组合在刻制小尺寸图像时有许多优点，这些优势不仅仅存在于与193i+DP技术昂贵的成本的对比中。Wood在会上展示了两张分别使用193i+DP和EUV光刻机刻制的电路图像，并称EUV光刻机在系统的k1值仅0.74，NA数值孔径值为0.25的水平上，刻制出的图像要比k1值0.28，NA值1.35的193i+DP所刻制的图像质量高很多。
液浸式光刻系统的k1值极限约在0.25左右，超过这个限值，光阻胶的对比度参数便会急剧下降，因此“刻制10nm制程芯片(电路图像半节距尺寸为20nm)时，要想继续使用193i光刻(原文为ArF光刻，其实就是指193nm光刻)技术，其实现难度会非常之大。”
掩膜坯瑕疵问题仍需改进：
另外，要制作出无瑕疵的掩膜坯(mask blank：即尚未刻出图案的掩膜板)则是另外一个EUV光刻技术走向成熟需要解决的主要问题。“经过多年研究，业内制作光掩膜衬底的瑕疵水平已经达到每片24个瑕疵，这样的瑕疵控制水平对存储用芯片的制造来说已经可以满足要求，但是仍无法满足制作逻辑芯片的要求。”
并非一片漆黑：
当然EUV光刻技术也取得了许多成效。比如ASML公司便如期完成的既定的机台制造销售计划，而IMEC,三星，Intel这三家公司则被认为是ASML生产的NXE: 3100的最早一批用户。其中IMEC所安装的NXE: 3100机型采用的是Xtreme公司生产的DPP光源系统;而三星所安装的那台则使用的是Cymer公司的LPP光源系统。
Wood表示，这种光刻机的性能表现已经超过了人们的预期。EUV光刻机的光学路径上共设有11个反射源，每一个反射镜都必须尽可能地将照射到镜片上的光反射出去，镜片本身则要最小限度地吸收光能量。“对EUV光刻系统的镜片而言，反射率变动1%便是很高水平的变动了。”他同时赞扬了Zeiss, 尼康以及佳能等镜片制作公司在这方面的优异表现。
EUV技术的未来发展路径：
到2013年，6反射镜设计的EUV光刻系统的数值孔径NA可从现有的0.25水平增加到0.32(通过增大镜径等手段).再进一步发展下去，8反射镜设计，并采用中心遮拦(central obscuration)技术的EUV光刻系统的NA值则可达到0.7左右。
再进一步应用La/B4C材料制作反射镜涂层，还可以允许将EUV光刻系统的光波波长进一步减小到6.67nm。将高NA值与更短波长光波技术结合在一起，EUV光刻技术的应用可推进到10nm以上等级制程。
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