三星電子的代工業(yè)務幾個月前在國際互連技術會議 (IITC) 上發(fā)表了一篇關于 EUV 最小間距單一圖案化主題的論文。一下這篇文章是為了幫助更多的人了解這篇論文，以及 EUV 技術的特點。

光刻是半導體工藝中最關鍵的步驟之一。EUV是當今半導體行業(yè)最熱門的關鍵詞，也是光刻技術。為了更好地理解 EUV 是什么，讓我們仔細看看光刻技術。

在雕刻或切割之前，我們經(jīng)常勾畫出要完成的工作。通過這種方式，我們確保在我們計劃的地方進行切割和雕刻。光刻與此草圖步驟非常相似。半導體工藝可以描述為堆疊和切割的重復。我們使用光刻技術勾勒出這些切口的位置。

我們通常使用鋼筆之類的工具來創(chuàng)建草圖（sketch）。然而，顧名思義，在光刻中，使用光將草圖印在膠片上。這可以在 [圖 1] 中看到。首先，創(chuàng)建一個包含所需圖案的薄板。板上的圖案可以阻擋或讓光線通過膠片，從而形成所需的圖案。這種用于控制光線的板稱為“掩模”或“標線”。

圖1

然而，簡單地在紙上照射光并產(chǎn)生陰影不會將陰影刻在紙上。我們需要相當于相機中的膠卷來打印入射光的圖案。在光刻中，PR（光刻膠）在光線照射之前應用，起到了這個作用。PR 會根據(jù)光線改變其屬性。如圖 [2] 所示，將 PR 應用在要切割的材料上，然后光線穿過掩模。這會改變曝光區(qū)域中 PR 的特性。這種性質的改變允許在顯影步驟中選擇性地去除暴露于光的 PR 或未暴露于光的 PR。換句話說，PR 被留在了掩膜的形狀中。

圖2

在圖案化步驟之后是切割材料的步驟，稱為“蝕刻”。同時對整個區(qū)域進行蝕刻（切割）。開發(fā)后剩余的 PR 可防止底層材料被切掉，并允許生成所需的草圖。這是對光刻工藝的基本作用和原理的簡要說明。看來光刻是一個相當簡單的過程，只涉及通過掩模照射光。那么，為什么光刻技術的進步會受到半導體行業(yè)的如此關注呢？

縮小工藝規(guī)模——即使用更小的晶體管生產(chǎn)半導體——需要克服許多限制。障礙之一涉及光刻。那么，我們在光刻方面面臨哪些障礙呢？

A. 光衍射和干涉阻礙圖案化

衍射是光通過狹窄狹縫時擴散的性質，而干涉是兩個光波相遇并相互加強或抵消的性質。這些是目前光刻中圖案化過程的兩個最大障礙。如圖[3]所示，光具有衍射特性，通過狹縫時不能沿直線運動。相反，它以從狹縫輻射的扇形波傳播。如果狹縫窄或波長長，則衍射圖案趨于更寬。

圖3

此外，當光通過兩個或多個狹縫并在每個狹縫處發(fā)生衍射時，衍射圖案重疊并產(chǎn)生干涉圖案，如圖 [4] 所示。當狹縫和狹縫之間的距離相對于波長足夠寬時，這不是問題，如圖 [4] 的 (a) 所示。但是，如果狹縫和狹縫之間的距離很窄，如 (b) 所示，就不可能在 PR 上準確地顯影所需的圖案。換句話說，草圖上的線條越窄，線條之間的空間越小，就越難以精確地展開草圖。

圖4

隨著工藝技術的進步，晶體管變得越來越小。因此，光刻中涉及的線變得更窄和更密集。這意味著光刻工藝的難度越來越大。我們是如何克服這些光刻障礙的？

有幾種不同的方法可以克服光屬性帶來的限制。讓我們看一些如何克服與衍射和干涉相關的問題的例子。

A.Multi Patterning Technology (MPT)

如果問題是衍射光線之間的干涉，那么也許我們可以將光線分散得更遠一些？將狹縫放置得更遠是克服光衍射問題的一種方法。在圖 [5] (a) 中，使用 4 個狹縫進行圖案化。這里，如（b）和（c）所示，4個狹縫被分成對，狹縫間隔得更遠。通過以這種方式形成圖案，可以減少干擾。

圖5

B. OPC - 太小？讓它變大。太大？讓它變小！

在射箭中，如果瞄準目標中心的箭在某個方向偏離了路線，我們會通過調整相反方向的目標來糾正這個錯誤。換句話說，我們重新計算我們的目標以補償錯誤。在創(chuàng)建掩模以糾正圖案化錯誤時，可以采用類似的方法。此過程稱為光學接近校正 (OPC)。在這種方法中，如圖 [6] 的過程所示，掩膜本身使用來自最終結果的反饋故意扭曲。

圖6

由于光的性質，我們以各種不同的方式克服了光刻工藝的限制。然而，歸根結底，由光的特性引起的問題的最根本解決方案是減少波長。這是因為波長決定了衍射的程度。較短的波長使光被衍射的角度變窄，并提高了光刻工藝的性能。您需要使用更細的畫筆來繪制更細的線條。如圖 [7] 所示，使用較短的波長是解決較長波長造成的圖案化限制的解決方案。

圖7

這就是為什么光刻工藝的進步涉及減少用于圖案化的光的波長以繪制更小的草圖，即更小的圖案，如圖 [8] 所示。

圖8

然而，即使是 ArF 的波長（198nm）也太大，無法滿足對更小晶體管的需求。這就是 EUV（極紫外）的用武之地。

EUV 是我們一直在等待實現(xiàn)更短波長的解決方案。EUV 最值得注意的特點是它的短波長。精確的圖案化需要短波長，而采用 EUV 的原因是為了實現(xiàn)更短的波長。我們使用具有 13.5nm 極短波長的 EUV，如圖 [9] 所示。

圖9

因此，從 193nm ArF 到 13.5nm EUV 的轉變意味著一個巨大的飛躍。現(xiàn)在讓我們仔細看看 EUV 實現(xiàn)的光刻工藝。

A. 高能等離子體產(chǎn)生的短波長

上面的圖 [9] 顯示了我們都熟悉的彩虹色光譜。當我們向更短的波長移動時，我們會得到紫外線，導致我們曬傷，然后是 X 射線，它可以直接穿過我們的肌肉，然后是伽馬射線，它們的威力足以摧毀癌細胞。換句話說，光的波長越短，它的能量就越強。由于短波長光具有高能級，因此產(chǎn)生較短波長的光需要更多的能量。它類似于棒球。如果你想把球打得更遠更快，那么你需要更用力地揮動球棒。但是用于產(chǎn)生傳統(tǒng) DUV 光的激光器的能量水平不足以產(chǎn)生我們需要的短波長。這就是為什么 EUV，如圖 [10] 所示，使用等離子體（物質的第四態(tài)）。

圖10

創(chuàng)建 EUV 的過程需要一個特殊的設備，如圖 [410 所示。這個特殊的裝置就是一個聚光鏡。鏡子不僅是創(chuàng)造 EUV 光的關鍵組件，而且在使用 EUV 光的所有過程中都是至關重要的組件。事實上，反射鏡是 EUV 技術中的關鍵元素。下面，我們就來仔細看看鏡子。

B. 反射光學系統(tǒng) - 使用鏡子代替透鏡。

光的波長越短，就越容易被其他物質吸收。EUV 的極短波長意味著它即使在稀薄的空氣中也很容易被吸收。為了避免這種情況發(fā)生，EUV 設備（使用 EUV 光的光刻設備）中的工藝在真空中進行。減少這種光吸收也是在 EUV 工藝中使用反射鏡而不是透鏡的原因。EUV 具有如此短的波長，以至于大部分光在通過時被透鏡吸收。使用鏡子反射而不是透射光可以減少 EUV 的吸收量。只有當吸收最小化并且有足夠的 EUV 光到達光刻膠時，才能發(fā)生正確的圖案化，如圖 [11] 所示。

圖11

這就提出了一個問題。掩膜呢？光不應該穿過掩膜嗎？這不會導致大部分 EUV 光被吸收嗎？用于 EUV 工藝的掩模也可以反射光。圖 [12] (a) 顯示了具有透射或阻擋光的區(qū)域的傳統(tǒng)掩模。在 EUV 工藝中，掩模由反射或吸收光的區(qū)域組成。

圖12

圖 [13] 一目了然地說明了迄今為止解釋的 EUV 光刻工藝。

圖 [14] 簡要回顧了 EUV 和 ArF 之間的差異。

如圖 [14] 所示，EUV 光刻工藝與傳統(tǒng)方法完全不同。使用這個過程，我們能夠以比以前小得多的比例繪制圖案。但允許比以往更小的圖案并不是 EUV 的唯一優(yōu)勢。

在錢文忠，我們討論了一種使用多遍來創(chuàng)建圖案的方法。這種方法旨在克服較長波長帶來的限制，稱為 MPT（多重圖案化技術）。雖然 MPT 允許繪制小圖案，但它也有其缺點。如圖 [15] (a) 所示，該過程需要多個掩膜，并且還涉及多個通過（步驟）。但如圖 [15] (b) 所示，EUV 的短波長允許僅使用單個掩模和單程光刻工藝來創(chuàng)建圖案。

圖15

這一優(yōu)勢轉化為時間、產(chǎn)量和成本方面的優(yōu)勢。

A. 時間 - 減少過程時間要求

自然，獲得結果所需的步驟越多，過程就越耗時。圖 [15] 的一個簡單比喻是面包店。在 (a) 中，面包店每四個小時制作一條面包。但在 (b) 中，面包店每小時生產(chǎn)一條面包。步驟要求的減少允許更快的處理速度。

B. ?良率- 減少污染以提高良率

多次通過意味著增加污染的可能性。它就像橡皮泥——你玩得越多，它就會變得越臟。在半導體工藝中，污染會降低產(chǎn)量。減少通過次數(shù)有效地消除了多個影響良率的因素。

C. 成本 - 降低掩膜生產(chǎn)成本

掩膜生產(chǎn)也涉及成本。EUV 用單一掩模代替了先前技術的多個掩模，因此也實現(xiàn)了掩模生產(chǎn)成本的節(jié)省。

EUV 的出現(xiàn)帶來了許多顯著的優(yōu)勢。現(xiàn)在，我們需要探索和開發(fā)更有效地利用這一出色工具的方法。

編輯：黃飛

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