現在正是再次探討縮短波長並了解其優缺點的時候了。我們不知道13.5nm和1nm之間的最佳選擇,所以我將這種新技術選項稱為Blue-X——其波長大約介於深藍極紫外光(EUV)微影和X射線之間。

縮短波長是持續擴展光學微影技術的一種選擇,著重在短於13.5nm波長的光源和光學元件,這些將在不久的未來實現EUV微影技術。

升級至0.5的更高數值孔徑(NA),將必須付出十分昂貴的代價。不僅工具成本將倍增至2.35億歐元,較大尺寸的掃描儀也需要更龐大的費用來打造更大規模的晶圓廠。

一旦採用高數值孔徑作業,在考慮更高數值孔徑帶來更高成本的同時,也一併想到多重曝光可能更具意義。然而,縮短波長不僅能縮減數值孔徑,從而有助於提高解析度,同時還降低工具成本以及功耗要求。

以k1係數約0.3的單次曝光為例,在13.5nm波長時,0.33 NA達到12nm的解析度,而在0.5 NA時可提高到8nm。業界一度關注的波長為6.7nm,但由於我們無法解決其功率問題,使得該選項缺乏頻寬而被放棄了。

相較於採用6.7nm波長,從0.33升級至更高NA有其優點:它讓我們能保持相同的功率、多層(ML)和光罩等基礎設施。畢竟,同時承擔太多挑戰並不是個好辦法。

我們已經瞭解如何根據雷射驅動電漿(LPP)、光學元件、污染控制和光罩等方面調整功率了,接下來將能把這些學問應用於專為較短波長設計的掃描儀上。因此,我認為現在正是重新審視縮短波長選項的時候了。我建議我們在考慮其他技術選擇的優點和缺點時,一路持續關注至1nm。

光源和光學挑戰

過去,我們已經探索了11nm和6.6nm或6.7nm光源可能成為EUVL的較短波長了。氙(Xenon)可以提供11nm,而針對6.X-nm,鋱(Tb)和釓(Gd)則被視為LPP光源的材料源。

藉由增加目標材料的原子量Z,我們可以持續從LPP光源取得越來越短波長的光子。這些高Z材料並沒有單一波長可發射,但有一組非常接近的未辨識轉換陣列(UTA)波長。

總發射強度將對應於UTA的總振盪器強度,必須針對每一個可能的UTA評估其潛在的轉換效率。

這是一個很有意思的領域,提供了幾種有趣的功能,如晶片的K邊緣、碳窗(carbon window)和水窗(water widow)。針對水窗(X射線波長範圍在2.34-4.4nm之間)近期已經有許多關於顯微鏡應用的開發。

然而,在產生這種數百瓦較短波長光子方面存在若干挑戰。最大的挑戰之一在於驅動雷射所需的功率。針對6.X-nm,所需功率估計約為100kW,而13.5nm則需要~40kW。

我曾經見過65kW CO2雷射的設計,但由於功率要求很高,此時可能值得研究其他替代雷射技術了。俗稱「星戰計劃」(Star Wars)的美國政府戰略防禦計劃目前採用的是1微米100kW雷射。

另一個具有吸引力的選擇是美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory;LLNL)的1.2微米雷射。它可以調整至300kW,同時保持小於CO2雷射的尺寸。

當然,我們還必須關注在1.2微米時的轉換效率(CE)。1微米Nd:YAG固態雷射的CE低於10微米CO2的CE。因此,在我們確定100kW驅動雷射的最佳選擇之前,必須先弄清楚幾件事。

傳輸效率和光阻劑

為了保持與當今掃描儀類似的傳輸效率,我們將會需要類似於現有的功率和ML反射率。我懷疑如果我們犧牲一部份在這些區域縮短波長取得的增益,以縮短的波長來看,功率要求和數值孔徑是否就能隨之降低。

6.7nm的ML反射率可能會類似於13.5nm,因而其成為一個理想選擇。而對於其他波長的ML,獲得高反射率的挑戰將十分困難。

在Blue-X區域探索的各種不同波長中,由於生物應用的前景,水窗(2.34-4.4nm波長)已經成為最主要的研究之一。例如OptiXfab最近展示用於水窗的ML收集器提升10倍性能,但反射率仍然不足30%,所以我們還有很長的路要走。

對於較短波長區域的ML,介面粗糙度似乎是提高反射率的限制之一。針對ML研究的新化學物質可望有助於我們將反射率提高到可接受的數值。

正如一位ML專家所說的,「我們喜歡有利的挑戰……還記得我們在13.5nm達到的成果吧?」對此,我將滿懷期待。讓我們看看在擁有強大UTA下,較短波長可以為我們帶來什麼。

編譯:Susan Hong

(參考原文:EUV Roadmap Needs Extension,by Vivek Bakshi, EUV Litho, Inc.)