极紫外光刻

极紫外光刻技术（简称：EUV光刻或EUVL）是一种下一代光刻技术，可以用波长为13.5 nm的极紫外光进行曝光。

极紫外在不久的将来2020到英特尔，三星为7nm节点，TSMC假定5nm时，中芯用于光刻14纳米节点目前在开发中。

ASML生产用于极端紫外线的曝光设备，它使用孔径比更高的透镜和先进的多重图案制作技术，以产生比目前浸入 20 nm节点所用的5 nm极端紫外线节点。我想这是必要的。

尽管自2000年代初以来它就一直被视为下一代光刻的最爱，但截至2017年 4 月，它仍处于测试阶段，尚未投入实际使用。

“深紫”在过去的一个名为X射线光刻对于已经从联邦政府获得的业界团体的美国的补贴，深紫外线的波长是软X射线是其中一部分，申请一个新的研究助理当时无法使用“ X射线”这个名字，所以我以“ EUV”这个名字申请了研发资金，所以改名为“ EUV” 。

中性原子和凝聚态物质不会产生EUV辐射。为了使一种材料发光，必须首先发生电离。EUV光只能由被多个带正电的离子束缚的电子产生。例如，约65至拉一个电子从+ 3碳离子（三个电子被除去已经）eV的要求。这样的电子比典型的价电子更紧密地结合。多价正离子只能存在于高温高密度等离子体中，并且自身会强烈吸收EUV 。用于EUV光刻的氙和锡等离子体源是放电产生的或激光产生的。为了获得足够的处理能力，需要超过100 W的输出。最先进的 193 nm Ar F 准分子激光器提供200 W / cm 2的强度，但是产生EUV产生等离子体的激光器的功率要大得多，约为10 11 W /厘米强度必须为2 。从193nm的光（激光功率达到100W），（激光或等效能源的要求输出超过10千瓦），以产生EUV光[，巨大这表明施加了能量负荷。EUV光源由20 kW的CO2激光器驱动，其功率转换效率约为10％，功耗约为200 kW。作为参考，已经在实际使用中的100 W ArF浸入式激光器（UV光源）的功率转换效率约为1％，消耗的功率约为10 kW。

正在开发的基于等离子体的EUV光源的另一个特性是它们甚至没有部分相干。这不同于目前在光刻中使用的Kr F和ArF 准分子激光器。（在波长的所有方向独立散热数）（在发射的限制的范围内的波长的窄带的方向）上的非相干光源部分相干光以转换，（不希望实行的）过滤器用于波长和方向，有望进一步减小功率损失（能量损失）。

在2008年开发工具是每小时120瓦与所述的光源晶片具有四个处理能力。因此，对于每小时100个晶圆的需求，需要一个3 kW的光源，但是不能尽可能地使用它。但是，EUV光子计数由光电二极管收集的每个光子产生的电子数确定。由于这实际上是初始光电子的高度可变的二次电子发射比，因此剂量测定可能取决于较大的变化。实际上，Gullikson等表明光电流灵敏度的自然变化约为10％。更多的数据最近的硅光电二极管仍与该评价一致。EUV剂量计的校准是一个重要的未决问题。二次电子的变化雪崩光电二极管是公知的根源噪声。

高相对论性真空管自由电子激光器和同步加速器辐射源将提供比材料源更好的源质量，但需要进行开发工作才能实现更高的强度。已经建造了几个专用的工业同步加速器照明设施，它们的用途还包括半导体器件的制造。自由电子激光器提供具有窄发散角的单色相干光。二者还提供无缝进展为X射线波长范围，从而提供一个连续的区域中可用的波长。

EUV光刻与当今使用的深紫外光刻有很大不同。EUV可以吸收所有材料中的EUV，因为它接近波长为13.5 nm的软X射线。因此，EUV光刻必须在真空中进行。所有光学元件，包括光掩模，都必须使用无缺陷的Mo / Si多层膜，该多层膜会由于层间干扰而反射光。这些反射镜吸收约30％的入射光。这种约束干涉光刻系统面膜是不是（干涉光刻可避免）。但是，后一种工具仅限于产生周期性图案。

到目前为止构造的原型EUVL系统至少由两个聚光多层反射镜，六个投影多层反射镜和多层膜（掩模）组成。由于光学系统已经吸收了96％的可用EUV光，因此理想的EUV光源需要足够明亮。EUV光源的开发集中在激光或放电脉冲产生的等离子体上。聚焦镜被直接暴露于等离子体，从而高能量离子，和其他碎片从脆弱损坏。与产生EUV的高能工艺相关的这种损害阻止了EUV光刻技术成功实施实用的EUV光源。

EUV曝光设备的晶圆处理能力是生产能力的指标之一。如果EUV是要求高真空的技术，则由于晶圆进出工具腔的运动，每小时的产量（除了光源输出之外）都受到每小时晶圆数量的限制。

原型EUV曝光系统的另一个特征是多层掩模上的倾斜入射照明（角度为6度）。不对称造成衍射图像中，导致降低图案保真度的遮蔽效应。

众所周知，EUV的短波长会引起镜头眩光，从而损害图像质量完整性并增加线宽粗糙度。

与DUV光子相比，每个EUV 光子的每主要体积（例如20 nm立方）的加热将更高，这是因为光刻胶的吸收率很高。此外，EUV光刻真空环境，浸没式光刻的水冷却被加热超过环境。

当使用多层镜时，加热是特别严重的问题。这是因为EUV在距表面很短的距离处被吸收，所以加热密度增加。结果，期望在高热负荷下使用水冷却方法。但是，由此产生的振动是微加工中的一个问题。

NIST和罗格斯大学的最新研究发现，EUV镜的共振结构会影响光电子的产生和二次电子的产量，而受到多层光学器件的污染的极大影响。

由于EUV在很大程度上是由所有材料，甚至光刻设备内的EUV光学元件，吸收主要是明显消融显示为。这种烧蚀是EUV光刻技术所关注的新问题。常规的光学光刻系统主要使用透射部分，并且电子束曝光设备不将部分放置在电子路径中。然而，这些电子最终将能量注入暴露的样品基底中。

EUV在真空操作，因为它需要反射光学器件，ASML除了，IMEC而言特殊叠加由EUV光刻设备最近研究了。代替传统的真空吸盘，必须使用静电吸盘。

因此，需要适当地处理静电吸盘中的晶片夹具的变动。事实证明，200 nm 氮化硅的背面涂层需要稍后去除，以便进行背面冷却和散热。除了该附加过程（必须首先保护已经构图的器件层），还包括区域对齐（整个晶圆上的标准局部线标记）全部使用）也带来了进一步的改进。

EUV所需的真空环境会加热不会释放太多热量的晶圆。发现第 一晶片对于稳定卡盘温度是必需的。此外，通过曝光加热的局部覆盖校正需要第二晶片。

因此，每批次额外的晶圆对于EUV光刻覆盖层稳定是必需的。使用反射的光罩平面度和分划板固定，很敏感，使晶片曝光位置。因此，有必要保持光罩固定的清洁度。

如果EUV光子被吸收，只是X射线或电子束所引起的，当由对象，吸收光电子（光电子）和二次电子（仲-电子）的电离是由产生 。尽管产生的量尚不清楚，但估计每个EUV光子平均产生约4个二次电子。

这些二次电子的能量为几到十二电子伏特，在开始所需的化学反应之前，会在光致抗蚀剂内部移动十二纳米。这与在卤化银照相胶片中形成潜像的光电电泳非常相似。

该距离较大的原因是该聚合物具有排除的体积相互作用这一事实。最近的实际EUV印刷测试显示，即使光学分辨率和光刻胶组成不是限制因素，也无法解析30 nm空间。

具体来说，在使用化学放大以获得更高产量的光刻胶（化学放大抗蚀剂）中：

ë - +酸产生剂（酸发生剂） - >阴离子- >生成的解离的阴离子

该反应，也称为“电子附着”或“离解电子附着”，在那时最容易捕获，因此它基本上减慢了速度，直到电子停止。最有可能发生在之后。电子附着的截面积与高能电子能量成反比，但在零能量处接近最 大极限。

在另一方面，最低能量（或这么几个电子伏特，或离解性附着是占主导地位的区域）的平均自由路径，多超过10个纳米是已知的，它这限制了在此规模下可靠地实现分辨率的能力。

此外，能量小于20 eV的电子可以从抗蚀剂中解吸氢和氟阴离子，从而可能损坏EUV光学器件。

EUV光刻胶图像通常需要厚度约等于节距的抗蚀剂。这不仅是由于EUV吸收导致较少的光到达抗蚀剂底部这一事实，还归因于来自二次电子的正向散射（类似于低能电子束光刻）。相反，薄的抗蚀剂会透射大部分入射光，这会损坏下面的膜，但仍然需要更多的照射才能达到相同的吸收水平。

由于光子吸收深度超过电子逸出深度，因此电子发射最终会变慢，并且它们的能量最终会以热量的形式消散。

1 mJ / cm 2的 EUV辐射产生的等效光电子剂量为10.9μC/ cm 2。当前演示超过10 mJ / cm 2辐射。相当于109μC/ cm 2的光电子剂量。

采用较高的剂量和/或使抗蚀剂变薄以产生较小的特征只会导致光刻胶底层的曝光增加。这增加了另一个重要的光电子和二次电子来源，大 大降低了图像对比度。此外，它增加了电离辐射损坏下层的可能性。

使分辨率模糊的二次电子和光电子的范围取决于诸如剂量，表面污染，温度等因素。

EUVL面临着独特的缺陷问题，类似于浸没式光刻所面临的问题。特定于浸入的缺陷归因于水与光致抗蚀剂之间的非最佳接触，而与EUV相关的缺陷主要归因于EUV辐射的电离能。

第 一个问题是正充电。这是由于通过EUV辐射从抗蚀剂表面释放的光电子发射。这可能导致静电放电或颗粒污染以及上述设备损坏。

第二个问题是由于周围或逸出的碳氢化合物导致的抗蚀剂上的污染物沉积。这是由于EUV或电子诱导的反应。

第三个问题是被EUV辐射或EUV产生的电子分解的氧气，氩气或其他大气气体所腐蚀。光刻室中的大气用于净化气体和减少污染。这些气体被EUV辐射电离，导致在暴露表面附近产生等离子体，从而导致多层光学元件损坏和样品无意暴露。

当然，掩模缺陷也是EUVL缺陷的已知原因。在极端的缺陷减少目前紫外光掩膜寻址用于EUV光刻的商业化是最严重的问题一个。缺陷芯（即空位或颗粒）可能会出现在基板上，多层沉积物中或多层堆栈上。

最终缺陷的可印刷性将取决于预定位置的光的相位和幅度变化。净相变和/或振幅变化具有核心缺陷的固有作用，并且对缺陷之间的多层堆叠的生长产生影响。埋入的缺陷并不是特别令人震惊，甚至10 nm的缺陷也被认为是危险的。

由未检测到的3 nm掩模基板平面度变化引起的相移足以产生可印刷的缺陷。其背后的原理是与平面的1/4波长偏差导致反射后的1/2波长光程长度差。

从平面反射的光将导致图像强度大幅降低（约20％），即使与平面平面的偏差为1nm（与四分之一波长偏斜的光相差180度）它已被证明。

实际上，在原子尺度（0.3-0.5 nm）高度，半峰全宽为 100 nm的缺陷仍然可以在10％的CD冲击下进行打印。镜头这样，基本上引起相移的任何缺陷都会将光散射到缺陷区域之外。可以计算散射光的量。

此外，如果由于相对于表面相对于目标角度为84度的偏离而导致平坦度的偏离超过3度，则相位缺陷的边缘将使反射率进一步降低超过10％。

另外，如果与平面的偏差超过3度，则由于相对于表面的84度的目标入射角的偏差，相位缺陷的边缘将使反射率降低10％以上。成为。

即使缺陷高度浅，端部仍会使层叠的多层膜变形，并且产生其中多层膜倾斜的细长区域。变形越尖锐，缺陷末端的延伸区域越窄，反射率的损失越大。

如果与当前的光刻光波长相比，EUV可以显着减小波长，则可以期望它是一个更好的解决方案。但是，分辨率最终取决于图像记录介质（即光致抗蚀剂）中的相互作用量。如上所述，EUV发出的低能电子可能会使原始EUV图像模糊。此外，还有统计效果，尤其是在1,500平方纳米以下的某些区域。

众所周知，抗蚀剂（例如聚合物）的聚集尺寸为80 nm。即使是高分辨率抗蚀剂HSQ（氢倍半硅氧烷）也只能将聚集体尺寸减小到15-20 nm。大于集料尺寸的线的粗糙度受到集料尺寸的中等影响，而集料尺寸明显低于线宽的事实受到严重影响。

小寺除了进行EUV光的电子轨迹仿真，它们的范围被指示为30nm的。这些电子施加的能量的分布可以通过观察到的线端粗糙度来解释。由于从表面发射的电子不会返回，因此顶层照射实际上很低。

Ritucci等人报道了改进的热分层，对于EUV波长比对DUV波长更有效。EUV 比更长的波长更容易吸收，因为它超过了所有材料的带隙，因此在相同剂量的入射能量下会被加热。为100mJ〜/厘米2，甚至将热足以导致在释放。光放大光刻胶的分辨率由热驱动的酸扩散来确定。甚至剥离剂量为100mJ / cm 2，甚至，散粒噪声术语1nm的像素是静止显著（3σ/平均值= 36％） ，至少5％的像素，或者使得低于20nm的临界尺寸（临界尺寸的：CD）可能会产生严重的影响。

古泽其它的是抗蚀剂使用碱性酸生成预测仿真配合化学放大的EUV 点扩散函数来确定（点扩散函数）。从吸收点开始扩展至约20nm的产酸范围伴随着〜40nm的分辨率极限。

如果光致抗蚀剂易于扩散酸分子，那么由EUV和其他电离辐射产生的小型电子和轻电子会迅速而广泛地扩散，这将使预期的光学分辨率失效，这也就不足为奇了。

根据2008年底的印刷结果，光刻胶涂片的范围为10-16 nm。半节距分辨率仍在30nm以下挣扎，尖端粗糙度仍然是主要问题。

2011年针对22nm和24nm半节距的研究表明，辐照后加热过程中与温度无关的模糊范围从80度的〜5nm到110度的〜10nm。据报道在该范围内没有观察到二次电子拖尾。校正了航空图像以估计耀斑（包括所有远程二次电子拖影）。

虽然二次电子的产生伴随着动量传递的非弹性散射，但存在相关的位置不确定性。随着低能电子的动量减小，二次电子生成过程的离域化趋向于更高，并且对LER的影响更大。

保罗舍勒干涉光刻实验室被用于证明形状10纳米之间的下列线。由于投影机对比度限制，使用此光源测试的抗蚀剂性能未反映EUV投影机的预期性能。

1996年，他们与桑迪亚国家实验室，加利福尼亚大学伯克利分校和朗讯技术公司合作，生产了栅极长度为75nm至180nm的nMOS晶体管。栅极长度是通过EUV光刻技术确定的。栅极长度为130 nm时，器件的饱和电流约为0.2 mA / u。100 nm栅极器件的亚阈值摆幅为90 mV /十倍，饱和跨导为250 mS / mm。当时采用最先进的DUV光刻技术构图的具有相同设计规则的商用NMOS 显示0.94mA / um的饱和电流和860mS / mm的饱和跨导。在这种情况下，亚阈值跳动小于90mV /十年。

与IBM和AMD合作，于2008年2月成立于奥尔巴尼州立大学纳米科学与工程学院（CNSE），在45nm节点测试芯片的第 一金属层中形成了90nm层EUV光刻用于图案化沟槽。没有提供有关设备性能的具体细节。但是，光刻性能的详细信息仍然显示出很多期望的结果。