黃志文2021-07-22 09:23:29

EUV光刻機的核心技術有三個，分別是：光源、雙工件臺系統和光學鏡頭。頭條萊垍

目前EUV光刻機的光源有兩種：用放電產生的等離子體發射EUV光子的DPP技術以及用鐳射激發的等離子體來發射EUV光子的LPP技術，這兩個技術的共同點是先激發產生20-50eV的等離子體，等離子體再輻射出EUV光子。不過LPP因為比較容易實現輸出功率的提升，雖然結構複雜，造價較高，但仍然成為主要的光源收集方式。頭條萊垍

雙工件臺，即在一臺光刻機內有兩個承載晶圓的工件臺。兩個工件臺相互獨立，但同時執行，一個工件臺上的晶圓做曝光時，另一個工件臺對晶圓做測量等曝光前的準備工作。當曝光完成之後，兩個工件臺交換位置和職能，如此迴圈往復實現光刻機的高產能。條萊垍頭

光學鏡頭是機器視覺系統中必不可少的部件，直接影響成像質量的優劣，影響演算法的實現和效果。光學鏡頭從焦距上可分為短焦鏡頭、中焦鏡頭，長焦鏡頭；從視場大小分有廣角、標準，遠攝鏡頭；結構上分有固定光圈定焦鏡頭，手動光圈定焦鏡頭，自動光圈定焦鏡頭，手動變焦鏡頭、自動變焦鏡頭，自動光圈電動變焦鏡頭，電動三可變（光圈、焦距、聚焦均可變）鏡頭等。萊垍頭條

天涯辦公2021-05-19 15:02:10

雖然透過浸沒式技術和多重光刻技術等，採用ArF光源的光刻機可以滿足7nm節點工藝要求，但是在實際應用中仍然面臨巨大挑戰，首先就是光刻機使用的超純水中可能含有影響晶圓表面而形成缺陷的顆粒物，同時水泡會分散曝光所用的光，歪曲空中的影像而在晶圓的光阻層中形成氣泡缺陷。同時為了滿足先進工藝要求，浸沒式光刻機採用了雙重光刻技術、多重光刻技術和自對準雙重成像技術等技術，這樣的結果是工藝成本上升和良率的下降，而這對晶圓廠、設計公司都是不利的。

EUV光刻機的優點及核心技術

EUV光刻機的引入讓總體工藝成本降低了12%，工藝過程的簡化促進良率提升9%，同時更好的成像效能導致積體電路效能比採用浸沒式光刻機的更加優異。當然目前EUV光刻機的產出率要低於浸沒式光刻機，ASML的NXE3300B、3400B的產出率為125片/小時，而浸沒式光刻機NXT2000i和NXT2050i的產出率為275片/小時和295片/小時，差距仍然明顯。

EUV光刻機主要有物鏡、掩模臺、工件臺、光源、照明等組成，相比193nm的ArF光，幾乎所有的光學材料對13。5nm的極紫外光都有很強的吸收，就連空氣都能吸收EUV，到達光刻膠時光能量損失超過95%，因此EUV光刻機的光學系統採用全反射式曝光系統，這也是EUV光刻機的核心技術：

當然EUV光刻機還涉及其他關鍵技術。在架構設計方面，要做到與光學光刻機共用平臺，針對真空腔與全反射式曝光系統開展系統設計；在高真空環境下還要研究密封性設計，材料方面還要考慮抑制釋放氣體以及相應的汙染控制。

EUV的反射鏡表面鍍有Mo/Si多層膜，其中Mo層厚度為2。8nm，Si層厚度為4。1nm，一個Mo/Si的厚度為6。9nm，在多層膜表面鍍有一層2-3nm的Ru保護膜。在Mo/Si膜的表面鍍一層Ru膜的目的是可以有效延緩Mo/Si的氧化，降低C在表面沉積的速率。

實際上在EUV光學系統環境中水分子和碳氫化合物是導致反射鏡表面反射率降低的主要原因。這些水分子和碳氫化合物可能來源是材料表明的放氣、洩漏和真空系統自身。在高能量EUV光照下水分子會氧化Mo/Si，碳氫化合物會分解，在反射鏡表面沉積一層碳膜。資料顯示反射鏡表面沉積0。3nm的氧化層便會導致約1%的反射率損失。

當然目前業界也在研究其他多層膜以便進一步提高反射率，比如在Mo/Si層中加入Rh、Sr等材料；對每一層材料厚度做最佳化以及使用B4C作為保護層等。

EUV光刻機的光路設計及曝光系統萊垍頭條

EUV光刻機的曝光系統設計成一系列反射鏡，光路的路徑如下：光源發出的13。5nm的光被收集後通過幾個反射鏡形成所需要的光照方式並照射在掩模上。掩模同樣設計成反射式的，從掩模反射出的光包含了掩模上的圖形資訊，這些帶有資訊的光透過另一組反射鏡投影在晶圓上實現曝光：

在EUV光刻機中透過使用6個反射鏡實現了0。33 的數值孔徑，但若要提升數值孔徑就需要增加更多的反射鏡，比如將反射鏡增加到8個便可將數值孔徑提升到0。5。另外透過增加非球面度可進一步提高成像質量，減少波前誤差；透過降低面型粗糙度可降低雜散光，提高對比度等：

ASML第二代EUV光刻機有望將數值孔徑提升到0。5以上，該機型計劃於2024年量產。

不過有一個新的問題是由於使用的反射鏡中心有孔，這樣帶來的問題是曝光視場的縮小，導致達不到26mm*33mm的曝光區域，而目前26mm*33mm在深紫外和極紫外為統一的視場標準。

EUV光源的結構及輸出功率萊垍頭條

目前EUV光刻機的光源有兩種：用放電產生的等離子體發射EUV光子的DPP技術以及用鐳射激發的等離子體來發射EUV光子的LPP技術，這兩個技術的共同點是先激發產生20-50eV的等離子體，等離子體再輻射出EUV光子。不過LPP因為比較容易實現輸出功率的提升，雖然結構複雜，造價較高，但仍然成為主要的光源收集方式。

EUV的LPP光源系統的結構，由驅動鐳射器、光束傳遞系統和EUV腔系統三部分組成。驅動鐳射系統包含CO2鐳射器和預脈衝鐳射器，其中CO2鐳射器是一套主振功率放大（MOPA）系統，該主振盪器包含多個量子級聯鐳射器，一套再生放大器，和一套基於射頻放電激發、平板波導和多程放大器的後置放大系統：

預脈衝鐳射和CO2鐳射束在光束傳輸系統中被混合起來，並透過EUV腔系統中的對焦單元匯入到等離子體態的錫液滴上。錫等離子體產生的EUV光束被收集鏡收集起來，並匯入到曝光系統中。超導磁場系統位於EUV腔外部，並能在EUV腔內產生高強度的磁場，從而保護收集器鏡面不受錫等離子體產生的高速錫離子的影響。此外，該系統配備有若干套射擊控制迴路，如液滴定位控制、鐳射光束軸、定時控制器，以確保液滴和鐳射器間能擁有μm至nm量級的射擊精度。

在DPP技術中注入的材料如Sn或Xe在電場作用下生成等離子體，然後磁場對其進一步壓縮使之達到高溫、高密度併產生EUV輻射。當然在LPP技術中是用鐳射激發方式產生EUV輻射。

目前光刻機主要用Sn來激發EUV光子，主要的原因是Xe的轉換效率不到1%，絕大多數輸入能量變成熱能，因此效率太低，而且光源散熱不容易解決。

衡量EUV光源的重要效能指標為轉換效率和輸出功率，其中轉換效率為13。5nm附近2%頻寬內輸出的能量佔總輸入能量的百分比；輸出功率則是在中間匯聚點測得的功率：

光刻機光源輸出功率和光刻膠敏感度是決定光刻機產能的主要因素，曝光功率越大、光刻膠越敏感，晶圓曝光所需要的時間就越短，產出率越高。

目前提高EUV光源輸出功率的方法主要在四個方面：第一是增加鐳射器的激發功率，包括增加鐳射器功率放大的能力和提高脈衝頻率；第二是提高轉換效率；第三是提高對發光的控制，包括提高鐳射與Sn滴之間的穩定性和Sn滴的動量；第四是提高收集系統使用壽命。