光刻和圖案化在未來將繼續發展，但面臨許多挑戰。預計2024年將推出High NA（數值孔徑）工具，但需要在光源、工具、掩模、材料、計算光刻和隨機控制方面進行改進，以實現這些工具的生產使用。工藝窗口預計會很小，需要使用更薄的抗蝕劑，并且還可能需要經過進一步改進的工藝集成方案。

High NA工具的較小字段尺寸對于一些產品設計來說是困難的。這可能會刺激許多相對較小芯片的高性能封裝的增長。也在考慮采用更大的掩模尺寸來實現更大的曝光場的方法。抗蝕劑和相關材料需要改進，但即使有了改進，劑量也將繼續增加，以便能夠充分控制隨機效應。從長遠來看，可以開發出更高的NA EUV（“Hyper NA”），但這面臨著許多技術挑戰，可能不如0.33或0.55 NA EUV的多重圖案化有效。化學放大抗蝕劑至少在1納米邏輯節點之前仍將是主力抗蝕劑，但基于金屬的新品種抗蝕劑（濕沉積和干沉積）也有著廣闊前景。隨著世界對環境問題日益關注，能源效率和化學品安全問題也日漸受到關注。

從歷史上看，光刻技術的改進一直是改進芯片技術的關鍵因素。國際器件和系統路線圖（IRDS）光刻路線圖預測了當前的圖案化能力如何支持未來的芯片，以及哪里需要挑戰和改進。它給出了預期的關鍵光刻需求的路線圖，旨在供半導體行業參與者、行業分析師以及希望或需要了解該行業未來將如何發展以及需要解決哪些挑戰的研究人員使用。

2022年以來光刻路線圖的趨勢

使用13.5nm波長的光進行成像的EUV光刻技術已被簡歷。先進的邏輯產品依賴于它，DRAM制造商已經開始大批量生產。已經清楚的是，EUV將不會取代多重圖案化。這兩種技術都將被使用，是否使用多重圖案化將取決于特定級別的細節、產量和成本。隨著邏輯尺寸的不斷縮小，可能會使用EUV雙圖案化。

光源長期以來一直是EUV光刻的一個挑戰。用于光學光刻的波長是在窄帶寬上存在高強度光源的情況下選擇的。相反，實施EUV光刻的波長是基于具有高反射率的多層反射器的可用性。因此，開發具有足夠功率的可靠EUV光源以實現具有成本效益的掃描儀吞吐量，同時提供足夠高的劑量以避免由于光子發射噪聲引起的產量損失，一直是一個巨大挑戰。

然而，電漿光源（LPP）目前主要用于大批量生產（HVM）中的EUV光刻。在劑量控制的條件下，已經實現了600瓦的中等聚焦光功率，并努力將其提高到1千瓦。可靠性也在不斷提高。隨著輸出功率的增加，產生光所需的電量也會增加。減少用電量有幾種選擇，波長比目前在LPP光源中使用的CO2激光器產生的波長短的紅外激光器可以在將電轉換為紅外光和將紅外光轉換為EUV光方面提供更好的效率。

或者，在可預見的未來，自由電子激光器（FEL）將提供根據光刻的要求縮放功率和波長的能力。適合在大批量制造中使用的FEL光刻光源必須通過同時為多個工具供電或縮放加速器尺寸來滿足“每光子成本”（包括操作費用和環境影響）的要求。FEL可以提供偏振光，這可能是實現Hyper NA光刻所需要的。需要解決方案來降低由自由電子激光產生的光的高相干性，其中偏振和相干性對于單獨的曝光工具是可自由調節的。對于單個FEL為多個曝光工具供電的實施方式，需要處理高總光束功率的方法。此外，光源的可用性必須接近100%，并且任何中斷都必須能夠快速恢復。

傳統光刻機技術在半導體制造和其他微納制造領域發揮著重要作用，但也面臨一些挑戰和局限性。其中包括分辨率、精度等方面的限制。

1. 分辨率限制：傳統光刻機技術使用紫外光照射光刻膠來制造微細結構。然而，由于紫外光波長的限制，傳統光刻機的分辨率受到限制，無法滿足日益縮小的微納制造需求。

2. 精度限制：傳統光刻機的制造精度受到多種因素的影響，包括光學系統的誤差、光刻膠的性質變化等。這些因素影響了微結構的精確度和一致性。

針對傳統光刻機技術的局限性，新興技術涌現并取得了一定的突破，帶來了一些優勢：

1. 更高的分辨率：新興技術如極紫外光刻（EUV）和電子束（E-beam）光刻提供了更短的波長或更小的聚焦電子束，從而實現了更高的分辨率。EUV技術使用極端紫外光，能夠實現比傳統光刻機更小的納米級別特征制造。

2. 更快的生產速度：一些新興光刻技術具有更高的生產速度，能夠顯著提高芯片的制造效率。例如，多重光束光刻技術可以同時使用多個光束進行曝光，加快了制造速度。

3. 更大的制造尺寸范圍：一些新興技術擴展了光刻機的制造尺寸范圍，使得可以應對更大尺寸的芯片制造需求。例如，大面積光刻技術（如立體組裝和彎曲光刻）可以處理更大面積的襯底和芯片。

這些新興技術的突破為微納制造提供了更高的精度、更大的制造范圍和更快的生產速度。然而，這些技術也面臨著挑戰，如設備成本、制造復雜度和穩定性等方面的問題。因此，在實際應用中，需要綜合考慮技術成熟度、成本效益和制造要求，選擇合適的光刻技術。

光刻機技術在微納米制造領域中具有廣泛的應用，尤其在半導體制造中起到了至關重要的作用。以下是對其應用的深入探討：

1. 芯片制造：光刻機技術是芯片制造過程中至關重要的一步。通過利用光刻機，可以將設計好的芯片圖案轉移到光刻膠上，并通過化學處理和蝕刻等步驟形成微細的電路結構。光刻機的分辨率和精度決定了芯片的制造能力和性能。

2. 集成電路生產：光刻機技術在集成電路生產中起到了關鍵的作用。通過將設計好的電路圖案映射到光刻膠上，可以形成微米級別的電路結構。光刻機的精確度和穩定性對電路的制造和性能至關重要。

除了在半導體制造中的應用，光刻機技術還在其他領域展示了潛在的應用價值：

1. 生物醫學：光刻機技術可以用于生物芯片和生物傳感器的制造。通過將微米級別的結構和通道刻寫在芯片表面，可以實現實驗室在芯片上的自動化和高通量分析，推動生物醫學研究和診斷技術的發展。

2. 光子學：光刻機技術在光子學器件的制造中起到關鍵作用。通過刻寫微米級別的光子晶體結構和波導器件，可以實現光學芯片的制造，用于光通信、光傳感和光電子學等領域。

3. 納米器件：光刻機技術在納米器件制造中也有潛在應用。通過先進的光刻技術，可以實現納米級別的結構和器件制造，如納米線、納米點陣等，拓展了納米科技的應用領域。

通過這些潛在的應用，光刻機技術在微納米制造領域展示了其廣泛的應用前景。隨著科技的不斷發展和創新，光刻技術在更多領域的應用將會得到進一步拓展和深化。

未來，我們應繼續推動光刻機技術的研究與創新，投入更多資源和精力來解決技術和工藝上的挑戰。通過發展更先進的光刻機技術，我們能為微納米制造領域帶來更多的創新和發展，助力科學研究、經濟增長和社會進步。

審核編輯：黃飛

?